大连海事大学船舶操纵教案第二章

1. 船舶阻力的基本构成
航行中的船舶所受的阻力包括基本
阻力R0与附加阻力 R两个部分，即
R＝R0＋R
（1）
2.基本阻力的构成
基本阻力可分流体粘性引起的摩擦
阻力Rf和剩余阻力Rr
R0=Rf＋Rr=Rf+Re+Rw
上式中,Re为涡流阻力,Rw兴波阻力
3.基本阻力的计算
R0=1/2SCtV2
(2)
C D ＝ C 0 × V D s＝ k 02 /3 V s2 D
(2 1)3
当船舶排水量不变时，则航行一定航程D所消耗的燃油 的总量与船速的平方和航行的航程D成正比。
当船舶的排水量为定值时，从该式可以推论出：
（1）当所要求航行的航程一定时，整个航程中主机燃 油消耗的总量与船速的平方成正比，船速越高，所消 耗的燃油越多；
2）（螺旋桨）收到功率Delivered Horse Power）DHP
主机功率传递至主轴尾端，通过船尾轴 管提供给螺旋桨的功率。
3）推力功率（Thrust Horse Power）THP
推进器在获收到功率后，产生推船行进 的功率称为推力功率。
THP=T•Vp
T为推力（kN),Vp推进器处对水的速度 （m/s), THP(kW)
4）有效功率（Effective Horse Power）
EHP
船舶克服阻力R以一定船速Vs行进所必须 的功率。
EHP=R •Vs
2．各功率之间的关系
螺旋桨收到功率DHP与机器功率MHP的比 值称为传递效率，其值通常为0.95~0.98。
有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进 器效率，该值约为0.60～0.75。
第二章 车、舵、锚、缆、拖轮 在操船中的运用
第一节 螺旋桨的性能 第二节 舵的作用 第三节 锚的运用 第四节 缆的运用 第五节 拖轮的运用
第一节 螺旋桨的性能
一、船舶阻力 二、螺旋桨的推力与转矩 三、主机功率和船速 四、螺旋桨的致偏作用 五、侧推器的使用
一、船舶阻力（Resistance）
S为船体水线下湿水面积,
Ct为总阻力系数, Ct=Cf+Cr 4. 附加阻力的构成
由下式
R =Ra+RF+RA +RR
Ra为空气阻力
RF为船体的污底阻力
RA为船体的附体阻力
RR为汹涛阻力
二、螺旋桨的推力和转矩
1. 推进器的种类 螺旋桨, Z型推进器, 明轮, 平旋式推进 器, 喷水式推进器
（2）制动功率（Brake Horse Power）BHP 指实际输出主机之外可加以利用的功率。柴
油机船的主机功率常用此表示。
（3）轴功率（Shaft Horse Power）SHP
根据中间轴上的转矩表来测定的功率大 小。对于汽轮机一类机器，因为无法测 定其输出端的功率而采用轴功率来表示。
S＝nP－Vp＝nP－Vs(1－ωp) 其中，
n为螺旋桨的转速；
P为螺旋桨的螺距；
Vp为螺旋桨对水的实际速度；Vs为船对水的速度； ωp为螺旋桨处的伴流系数，其值大约在0.2～0.4之间。
滑失与螺旋桨在理论上应能前进的速度的比
值称之为滑失比Sr（slip ratio），即： Sr＝S/nP＝（nP-Vp）/nP＝1－Vp/nP
5. 船舶阻力与推力之间的关系
R,T
n0
n0 > n1
R
n1
T
V1 V0
V
三、主机功率和船速
1．主机功率
1）机器功率(Machinery Horse Power)MHP （1）指示功率（Indicated Horse Power）IHP 用来表示往复式发动机汽缸内活塞所做的功。
实船可通过汽缸内平均有效压力计算。汽轮机 船的主机功率用此表示。
dL
dT
S
a
nP
f
Vp
b
dQ
r
n2pr
推力与转矩定义式
推力 转矩 D
T Z 2 dT
d0
2
D
MQຫໍສະໝຸດ Baidu
Z
dM 2
d0
Q
2
其中， dMQdQr 推力与转矩的计算式
T=n2D4KT
MQ= n2D5KQ
KT为推力系数， KQ为转矩系数, 由水池试
验求得，它们的具体变化见下图
KT
10KQ 0.8
KQ
0.6 KT
2）海上船速
主机按海上常用输出功率、常用转速运转时， 在平静深水域中取得的船速即为海上船速。 通常为额定功率的90%；相应的海上常用主 机转速n0则为额定转速的96～97%。
3）港内船速
一般港内的最高主机转速约为海上常用转速 的70～80%左右。
4．船速与主机燃油消耗的关系
航经一定的航程D所消耗的燃油的总量CD :
深h。它与螺旋桨直径D之比h/D称为沉深比。
hs DP
对于右旋固定螺距螺旋桨而言，进车时， 该力推尾向右，船首左偏；倒车时相反， 推尾向左，船首右偏。
螺旋桨 固定螺距桨FPP 可变螺距桨CPP
2. 螺旋桨前后流场特点
吸入流的特点是流速较慢，范围较宽，流 线几乎相互平行；排出流的特点是流速较 快，范围较小，水流旋转激烈，如下图所 示。
3. 螺旋桨推力与转矩
机翼产生示意图
F
L
a D
V
可见，产生升力的两个主要因素：来流速度V，来流的冲角a
推力产生示意图
（2）若消耗的燃油相同，则这些燃油所能航行的航程 与船速的平方成反比，船速越高，所能航行的航程越 短。
四、螺旋桨的致偏作用
1．螺旋桨横向力
1）螺旋桨沉深横向力 2）伴流横向力 3）排出流横向力 4）推力中心偏位产生的横向力 5）螺旋桨横向力的致偏作用
1).螺旋桨深沉横向力 螺旋桨盘面中心距水面的垂直距离称为螺旋桨的沉
有效功率EHP与主机机器功率MHP之比称为 推进系数，该值约为0.5～0.7。这就是说， 主机发出功率变为船舶推进有效功率后己损 失了将近一半。
通常船舶阻力与船速的平方成正比，则主机 功率与船速的3次方约成正比，
MHPV3
3．船速分类
1）额定船速
在额定功率、额定转速条件下，船舶在平静 的深水域中取得的船速称为额定船速
0.4
0.2
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 J
J为进速系数，J=Vp/nD
4. 螺旋桨的滑失S(slip)
滑失S是指桨理论上应能前进的速度与对水 的实际速度Vp之差（有的文献中，也将滑失
定义为螺旋桨旋转一周在轴向所前进的实际 距 离 hp ＝ Vp/n 即 进 程 与 螺 旋 桨 螺 距 P 的 差 值），即：