船舶阻力第3章 兴波阻力

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说明一：势流理论研究中，由于忽略了粘性的 影响，导致有些势流理论方法的计算结果普遍 出现兴波阻力系数曲线的峰谷夸张等现象。有 研究者解释，是因为势流理论夸大了波的干扰 现象。为了弥补势流理论的不足，研究者们探 讨了粘性对兴波阻力的影响。
说明二：由于现有的粘流理论、数值计算方法 等的不完善以及计算机硬件和软件的限制，目 前自由表面形状模拟结果不如势流理论。同时 粘流所用的的时间远比势流理论多的多，目前 粘流模拟还没有达到较为成熟的工程适用阶段
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§3-4 确定兴波阻力的方法
一、船模试验法
原理： 方法一：依据傅汝德法，即二因次法的关系
式 。通过模型试验确
定剩余阻力系数来确定分析兴波阻力。
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采用方法一的主要原因： 1、船模试验很难将兴波阻力与粘压阻力分开，
而且粘压阻力系数基本上不随船速变化。
2、将兴波阻力从剩余阻力中分出来的意义不大 方法二：依三因次法
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§3-1 船舶兴波及特性
一、船舶兴起波浪的分类 1、船行波：在船舶行驶过后，留在船体后方并 不断向外传播的波浪。由船行波而产生的阻力 称为波型阻力，它是兴波阻力的主要部分。
2、破波：被船体兴起后很快就破碎的波浪。破 波主要发生在肥大船型上。破波产生的阻力称 为破波阻力，在兴波阻力中占有的比重较小， 因此习惯上若无特别说明，兴波阻力不包括破 波阻力。 3
2、在相同傅汝 德数时，丰满 船型的兴波阻 力系数比瘦削 船型的兴波阻 力系数大。
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3、兴波干扰主要和船长和菱形系数有关。 兴波干扰：船行波的首尾横波在船后发生相互
干扰。若它们是反相的，则两者相互抵消，兴
波阻力也较少，这种干扰称为有利干扰；反之
，若两者相位相同，则船后波浪变大，兴波阻
力增加，这种干扰称为不利干扰。
1、兴波阻力的一般规律
由上式可知：随船速增加，兴波阻力将急剧增 大；同时也说明对低速船而言，兴波阻力在总 阻力中所占比例很小，而对高速船而言，兴波 阻力在总阻力中所占比例很大。
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2、兴波阻力的曲线的形状
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3、不同船型的兴波阻力差异
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§3-3 兴波阻力与船型的关系
1、兴波阻力与波高关系密切，而波浪的波高受 船体形状的影响，特别是首部形状的影响尤为 突出。
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§3-2 船舶兴波阻力特性
一、兴波阻力与波浪参数的关系
当船舶航行时，整个船波随船体一起前进，所 以船波的传播速度与船速相等。根据能量守恒 ，船体所供给的波浪能量等于兴波阻力所做的 功，依据波浪理论有： 关系：兴波阻力与波高平方和波宽成正比关系 。当船舶航行的兴波波高增大时，兴波阻力必 然急剧增大。
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2、注意：这里所说的兴波和兴波阻力是指船舶 在静止水面上运动时，由于自身运动而产生的 兴波及兴波阻力，不包括外界如过往的船只、 阵风等作用在水面上兴起的波而产生的阻力。
3、研究兴波阻力的重要性 兴波阻力在船舶阻力中占有重要位置。通常兴 波越大，兴波阻力就越大，同时兴波对堤坝等 结构物和过往船只等产生冲击作用。兴波阻力 随航速的增高而增大，对于高速船，兴波阻力 占总阻力的一半左右。
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二、船体兴波阻力表达式
船舶兴波阻力必须计及三方面产生的波浪阻力
1、船首横波中未受干扰部分的波阻。 2、船首尾横波干扰后合成波的波阻。
3、船首尾波系中散波的波阻。
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源自文库
二、船体兴波阻力表达式
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兴波阻力近似表达式：
兴波阻力系数近似表达式：
上式中A、B、C、D为常数，S为船体湿表面积
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三、兴波阻力的特性
翼艇和气垫船等） 3、船体下潜设计概念（半潜船、潜水船）
4、复合设计概念（半潜双体船，如小水面 双体船；双体气垫船等）
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§3-6 阻力分类的补充说明
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§3-5 减小兴波阻力的方法
一、减小常规船兴波阻力的方法 1、选择合理的船型参数 （船长、菱形系数、进流段长度等）
2、设计优良的首尾形状
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3、造成有利的波型干扰
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4、高速排水艇安装消波水翼
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二、应用不同设计概念减小兴波阻力 1、双体和多体船设计概念 2、使船体抬出水面设计概念（滑行艇、水
船舶阻力第三章 兴波阻力
1、兴波阻力的概念
船舶在水面上运动时会扰动周围的水从而使船 体周围的流体压力分布发生变化，兴起波浪。 这种由于船体兴波导致的船体前后压力分布不 对称而产生的船舶运动方向上的压差力称为兴 波阻力。 从能量的观点，因兴波要消耗能量，船体要对 水做功，根据力作用力与反作用力原理，水对 船体的反作用力的水平分量就是兴波阻力。
2、细长船理论：若引入船舶宽长比及吃水长度 比均为小值，自由液面边界条件简化为在水平 面上满足，船体表面奇点简化在船体中纵轴分 布 ，相应的兴波阻力理论称为细长船理论，以 Noblesse细长船理论为代表。 3、扁船理论：若引入船舶吃水宽度比和吃水长 度比均为小值，自由液面边界条件简化为在水 平面上满足，船体表面分布奇点简化在船体设 计水线面上满足 ，相应的兴波阻力理论称为扁 船理论。该理论适合于浅吃水的扁船。
通过模型试验确定兴波阻力系数来研究分析兴
波阻力。可比二因次法更正确的反映兴波阻力
的特性。
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二、兴波阻力理论计算概况 （一）、阻力主要是由兴波引起的，而兴波又 主要是由重力作用引起的，粘性在其中的作用 较笑，所以兴波阻力理论中大部分基于势流理 论。 线性理论：薄船、细长船和扁船理论等。 1、薄船理论：将自由表面边界条件简化为在静 水面上满足，船体表面上分布奇点简化为在船 体纵中剖面上满足，这种理论称为薄船理论， 以Michell积分为代表。 17
二、船行波的特征
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1、整个船行波分为首尾两大波系：船首横波和 船首散波；船尾横波和船尾散波。 2、整个船波系基本上集中在凯尔文角所限定的 扇形面范围内。 3、整个船波系各散波之间及散波与横波之间互 不干扰。 4、船首尾波两横波在船尾部分互相混合，组成 合成横波，因此通常在船尾及其后方所观察到 的已是两横波干扰后的合成波。
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5、兴波阻力公式
公式表示了兴波阻力与船型函数及航速之间的 关系。影响兴波阻力主要是水线的纵向梯度。
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6、说明：对实用船而言，理论计算结果与试验 结果有很大偏差。但是，理论计算结果与试验结 果定性上是一致的，在一定的条件下，只要运用 得当，按线性理论得到的优良船型，在实际应用 上相对也是优良船型。
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（二）、薄船理论
1、假设
1）船宽长比很小，船体为薄船； 2）水是不可压缩、均质及无粘性的理想流体， 流动无旋； 3）船体兴波为微幅波； 4）忽略船体下沉、纵倾对兴波阻力的影响。
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2、计算坐标系
流场中速度势：
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3、扰动速度势满足的基本方程
4、扰动速度势满足的边界条件
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理论上，通过求解拉普拉斯方程，并满足上述边 界条件就可求出速度势，进而求出兴波阻力。但 是船体形状比较复杂，对实用船型无法得到速度 势的解析解。