高性能船舶原理 第3章 单体船

回归分析法
阻力表达式的参数选取： 1 3 X , 排水体积长度系数（公认最重要的参数） L Z= , 滑行艇的静载荷系数 B3 U 2ie , 关于半进水角ie与艇前体的形状关系的参数 W= At , 尾板面积与中横剖面的比值 Am
（为了考虑尾板流动对阻力性能的影响） 排水量总阻力表达式： Rt A 1 A 2X A 4U A 5W A 6 XZ A 7 XU A 8 XW A 9 ZU 2 2 A A A24UW 2 A27WU 2 10 ZW A 15W 18 XW A 19 ZX A 1 ~ A 27 : 为方程式的各项系数，可通过查表求得。
0.552v 0.552v A7 A8 L L 2.升沉有义值：
2

L L A4 B T v L
1
A0 A1CW A2Cb A3 （2Z a） 0.3084 1 3 RYY A7 A5 LCB A6 L 3.功率增加的平均值
海水质量密度， 1.025 t
另一种修长度表示方法： “排水量长度系数”
3
m3
0.01L
二者关系为： 3 0.01L 0.01
1.025

3
排水体积长度系数
排水体积长度系数： 1 L L 1 3 C B d b •由上式可知，排水体积长度系数，综合了宽吃水比、长宽比 L 和方形系数Cb LBd
NPL型船系列图谱
英国高速圆舭艇《NPL系列》，涉及 船舶阻力性能、航行中的稳性、推进、 操纵性和耐波性等各个方面。 适用的航速范围和主要参数变化范围为： 长度弗劳德数：Fr 0.3 ~ 1.2 1.0 ~ 4.0 L 容积弗劳德数：Fr 0.5 ~ 3.3 相应速长比： 长宽比： L/B=3.33 ~ 7.5 宽吃水比：B / d 1.72 浮心位置：LCB=2% ~ 6.4% L(舯后) L 排水量长度系数： 1 4.47 ~ 8.3 3 VS
方尾型船的水动力特点
• • • • “虚长度”概念 尾板后水流空穴长度△L称为“虚长度” 作用： 增加了船体长度，使船体修长系数加大， 从而降低了兴波作用，快速性得到提高。
方尾特征船型的相关参数
• 尾板宽度b/B，船尾部宽度与船宽的比值。 • 尾封板底部的横向斜升角 •
b / B值减小， 增大，有利于克服低速时的粘压阻力。反之， 当b/B接近于1时，L相对增长，有利于降低高速时的兴波阻力。 从方尾图谱中可以看到，当船达到一定速度后，L会接近某一 个固定值，这就对我们确定b / B和的大小非常有利。
高性能船舶原理与设计
第3章 高性能排水型单体船
影响高速排水型船舶性能的主要因素
1.阻力性能——快速性 2.耐波性能——舒适性
阻力性能与船型系数
• 高速排水型船舶大多处于过渡航态， • 即 1 Fr 3 • 船体受到的阻力主要为兴波作用，所 以主要考虑影响兴波阻力的两个系数： • 1.船体棱形系数 • 2.船体修长度
苏联《方尾图谱》
方尾图谱基准船型的主要参数： 宽吃水比B/d=3, 尾板处的水线相对宽度b/B=0.6 尾封板底部横向斜升角 9，修长系数
《方尾图谱》的基准船型的 剩余阻力计算
为方便起见，我们通常用无因次阻力系数来计算： R C= 1 2 V 2 S R : 阻力
：水密度
V:航速
预报高速方尾排水型船舶阻力性能 的电子方尾图谱法
• 简介： • 电子方尾图谱法，通过输入主尺度和船型系数等 基本数据，应用EXCEL执行方尾船舶的快速性计 算，自动对新方尾图谱的电子阻力数据进行查值 和主要影响数据的修正计算，粘性影响修正，以 及确定总阻力和有效功率曲线。 • 该方法，适用范围更广，便于不同尺度方案的快 速性比较，是一种实用、高效、灵活、便捷与可 靠的计算方法。
船舶尺度及船型参数 对耐波性的影响
• 1970年莫尔通过船模自航试验，在多元回 归分析的基础上，建立纵摇角、升沉有义 值和功率增加与船舶主尺度、航速间的关 系。
莫尔的回归分析模型
1.纵摇角有义值： （2 a） A0 A1CW A2Cb A3 1
3
R L L A4 A5 LCB A6 YY B T L
船体棱形系数
船体棱形系数:C P AM L
棱形系数反映船体水下形状尖瘦成度或排水容积相对船中的集 中与分散分布情况。
CP越大，则船体的排水容积越均匀，船首、尾也相对较丰满
船体修长度
3 也称“排水体积长度系数” 船体修长度： L
1
1 3
L L 1.00083 1 3 1 3
船型参数对剩余阻力的影响
船型参数b / B、B / d 和 为任意值时对剩余阻力的影响，可以通过 查表，由剩余阻力的影响系数来获得。下面以当b / B 0.6时为例， 查询尾宽与船宽的修正系数Kb / B
船体总阻力的计算
1 V 2 S 2 总阻力系数：Ct C f Cr C f Ca Cap 船体总阻力：R t Ct C f ：船体摩擦阻力系数 Cr : 剩余阻力系数，查表可得 Cf Rf 1 2 V 2 S 0.455
剩余阻力图谱
NPL图谱主要船型系数均为常数： 方形系数：Cb 0.397, 最大横剖面系数：CM 0.573 棱形系数：CP 0.693 对于不同的L / B，NPL阻力图谱共5幅。 每幅的剩余阻力表达式为： Rr L f ( 1 3 , Fr )千牛/吨 图为L/B=7.5,NPL剩余阻力图谱
m
L L 5 A A C 0.5 A A A4 LCB 0 1 b 2 3 P B T W K KW 0.7458 1 3 R L 0.552 v YY A5 A6 A7 A8 L2 L T L 式中A 0 ~ A8为系数，由BTTP (英船模试验池委员会)的波谱计算表查得。
3 1
K 和K CP , 最后得到修正后的剩余阻力 : L Rr Rr f 1 , Fr K K CP 8, L / B 7.5 3
回归分析法 估算过渡型快艇的阻力
• 回归分析法： • 通过试验获得过渡性快艇和滑行快艇的静 水阻力试验资料，对其进行回归分析，确 定各个参数间的线性相关性，建立数学模 型。
方尾型船的水动力特点
• 在低速时，弗劳德系数小于0.45时，方尾船尾部 水流不能迅速脱离船体，会在船的尾部形成大量 漩涡。
方尾型船的水动力特点
• 当弗劳德系数大于0.45时，船尾部水流具有 足够动力克服粘性的影响，而脱离船体， 这种现象称为“水流突离现象”
方尾型船的水动力特点
• 方形船尾部发生水流突离时，尾板后不会 在出现漩涡，而是在船侧和船底水流在船 后某处交汇，形成鸡尾状的水丘。
2.58
lg Re C f 0.2 ~ 0.4 10 3 Ca 0.6 ~ 0.96 10 3
裸船体有效功率： R VS EPS t ( KW ) 1944

(勃兰特 许立汀公式，Re
VL ) v
Cap （0.05 ~ 0.1 ） 10 3
船体V度和尾板形状 对阻力的影响
b W VP
改善排水型单体船 航速与耐波性的措施
• 1.增大船长，提高修长度 • 2.增大船底部横向斜升角。向深V型发展 • 3.船的排水容积和质量分布后移，形成尖劈 型船体 • 4.适当增大首部干舷，改善适航性
2.高速方尾排水型船的阻力性能 及预报方法
• • • • 高速排水型船的基本特征：方尾和圆舭 船型包括： 苏联高速小型排水艇系列，Fr=0.45~0.7 英国高速圆舭NPL系列，试验范围 Fr=0.3~1.2 • 瑞典SSPA高速小型排水艇，范围可达 Fr=1.3
13
• 高速排水型船舶，通常为轻型船，受横摇和缓性要求， B/d在2.5~3.5；L/B在6.5~10，受耐波性和快速性限制， 方形系数在0.42~0.52.因此，由上式可知， • 高速排水型船舶排水体积长度系数为6.3~8.8
耐波性能与主要船型参数
耐波性最优化模型： R 8.422 45.104CWF 10.078CWA 378.465 23.501CVPF 15.875CVPA CWF ——舯前水线面面积系数 CWA —舯后水线面面积系数 C:龙骨截止点至首垂线的距离 CVPF：舯前垂向棱形系数 CVPA：舯后垂向棱形系数 CVP CW , 表排水体积沿船长的垂向分布 AW d AW , 表船体水平剖面的肥瘦程度，与快速性、稳性有关 L B d C 1.273 L L
3.3高速深V型船
• 定义： • 深V型船是指沿船长的整个底部都有较大且 几乎不变的横向斜升角的高速船舶。
基本特征：
高速深V型船
1.横剖面形状呈“V 斜升角 20，横剖线呈直线或几乎直线形状。 2.具有反向的龙骨坡度，首部附件的龙骨下沉到基线以下， 形成类似于球鼻首形状的半潜体（SSB）。 3.整个后体的横剖面底部斜升角 设计成不变或近乎不变。 4.在后体设置有较短的舭龙骨或尾鳍，以改善艇耐波性和 首部龙骨下沉对航向稳定性所产生的不利影响。 5.船体形状简单，便于建造。
NPL图谱的修正
• 与苏联《方尾图谱》相比，NPL图谱的航速 较高，方形系数较小，棱形系数较大，更 适合于中、小型高速排水量型船舶的阻力 计算。但NPL图谱的长宽比L/B适用范围较 小，对于L/B>7.5的范围和不同的棱形系数， 必须要对L/B和棱形系数进行修正。
NPL图谱的修正
修正方法： 1.根据不同的L / B, Cb , L / d 计算出： L 1 L L 13 C B d b 然后由吉尔斯影响系数曲线，分别查出
S:船体湿表积
其中剩余阻力Cr 0 Ct 0 C f 0 Ct 0 : 方尾图谱基准船型的总阻力系数 C f 0：方尾图谱基准船型相当平板间的摩擦阻力系数 Cr 0为船长弗劳德数Fr、棱形系数C P 和修长系数 函数表达式，Cr 0 L 1 3 f Fr , C P , 可以通过查表求得。
基准船型的剩余阻力图谱
对应Fr 0.3 ~ 0.7不同的弗劳德数，剩余阻力图谱共9幅。 每幅都包含范围在C P 0.28 ~ 0.67和 7.0 ~ 8.5的棱形系数 和修长系数。以Fr 0.45为例：
对应Fr 0.3 ~ 0.7不同的弗劳德数，剩余阻力图谱共9幅。 每幅都包含范围在C P 0.28 ~ 0.67和 7.0 ~ 8.5的棱形系数 和修长系数。以Fr 0.45为例：
船舶系数 对耐波性的影响
1.方形系数Cb 莫尔给出了水线面与方形系数间的关系：CW C 0.75Cb 并且由上面三式也可知，Cb对纵摇、升沉、功率都成正相关性。 2.斯簧在排水量不变的前提下，通过船模试验，研究Cb、L/B和L/d对 运动和加速度的影响。同样得出了与莫尔相同的结论，L/B对运动和加速度 影响不显著，L/d与一定范围内的Cb的增大会使纵摇和升沉运动改善。
船舶系数 对耐波性的影响
• 斯簧船舶试验结论： C C • 1.船型系数对耐波性能的影响由 C • 联系起来，显然采取较小的垂向棱形系数和较大 的方形系数可以获得较大水线面积系数，这有利 于增加船的摇荡阻尼，减小运动幅度。 • 2.B/d对运动的影响，处在较高速时，一般较弱。 • 3.实验表明，波浪中总功率的变化与在静水中的 变化趋势基本一致。