船舶推进基本原理
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表3：方形系数实例
水线面系数CWL 水 线面系 数 CWL 是指船
舶 水 线 面 的 面 积 AWL 与 水 线 面 长 LWL 和 水 线 面 宽 的 乘 积 之比，如图3所示。
通常水线面系数比方 形系数大0.1。
两者之差在速度比较 快、方形系数小的船上要大 些，因为这些船的船尾常常 部分浸在水中构成水线面 的一部分。
第二章阐述船舶推进 与螺旋桨周围的水流情况， 为此伴流系数以及推力减
额系数等都将提及。
研究螺旋桨所需功率 是基于上述有效拖曳阻力 以及各种螺旋桨与船体之 间的相互效率，因此这些内 容都将进行阐述，在图6 中 还给出了推进理论的一个 概要。
文中还根据相关螺旋 桨理论，阐述了静水中固定 螺距螺旋桨在自由航行中 的工况，接着又分析了船舶 航行中重载和轻载工况，此 时船舶会遭受各种的额外 阻力，例如污底、大风浪阻 力等。
目录
船舶推进基本原理
引言 ............................................... 3 本文的范围 ......................................... 3 第一章 船舶定义及船体阻力 .......................... 4
在上面的例子中，方形 系数的计算用的是水线间 长，而有些船舶建造者常使 用基于垂线间长Lpp 计算 出的方形系数 CBpp 这样算 出的方形系数要大一些,因 为如前所述，垂线间长要小 于水线面长。
方形系数小的船通常 船舶阻力要小一些，因而可 以得到比较快的船速。
图3 船型系数
表3列举了一些不同类 型船舶的方形系数以及相 应的船速，可见方形系数大 的船一般速度较慢，反之亦 然。
船舶推进基本原理
引言
本文中关于“船”这个 词是指在水上从一个地点 到另一个地点运输人或者 货物的交通工具，通常船的 推进借助螺旋桨 （propeller）来进行的， 虽然有时候也用“screw” 这个词，比如“twin_screw” （双螺旋桨）推进系统，但 是“propeller”这个词是 在英语中最常用的
船舶类型 ....................................... 4 舶载重线 ....................................... 2 船舶尺寸的标示 ................................. 5 船体形状的描述 ................................. 5 船舶阻力 ....................................... 7 第二章 螺旋桨推进 ................................. 10 螺旋桨类型 ..................................... 1 螺旋桨周围的水流情况 ......................... 111 效率 ........................................... 2 螺旋桨尺寸 ..................................... 1 螺旋桨工况 .................................... 15 第三章 主机的设计和负载图 ......................... 20 功率函数和对数坐标 ............................ 20 螺旋桨和主机配合点 ............................ 20 主机布置图 .................................... 22 负载图 ........................................ 22 使用布置图和负载图的例子 ...................... 25 不同船舶阻力对主机运行的影响 - 定距浆船 ....... 27 船舶阻力对配合曲线的影响 – 调距桨船 .......... 29 参考文献 .......................................... 30
表2简要的说明了船舶 排水量、载重量（夏季水线 /强度计算水线）和空船重 量的换算关系。 船舶排水 量也可以表示为排开水的 体积Δ，也就是用立方米表 示。
总登记吨 不用细说，量度船舶大
小的还有总登记吨（GRT）
图2 船体尺度
表2船舶排水量、载重量和 空船重量的关系
和净登记吨（NRT），其中1 登 记 吨 =100 立 方 英 尺 ， 或 2.83立方米。
摩擦阻力与剩余阻力 的影响取决于水下部分的 船体，而空气阻力则由水上 部分的船体所决定。因此对 于甲板上载运大量集装箱 的集装箱船而言，空气阻力 就会有一定的影响。
对于密度为 速度为V 的水而言，其流体动压力 为： 1/2 ×ρ×V2 (伯努利定律)
因此如果水流被某个 物体完全阻挡，则水会产生 压力作用在物体表面。
这些量度表示了根据 相关规则测量的船舶内部 空间大小，广泛的用于计算 港口或者运河的费用。
船体形状的描述 毫无疑问对船舶推进
最有意义的是船体水线以 下的部分，以下关于船体形 状的
描述中要提到设计水 线的概念，设计吃水线通常 要低于或者等于强度计算 吃水线，设计吃水线的选择 取决于装载程度，也就是 说，在营运中船舶将会轻载 还是重载。 通常最常用的 是满载吃水线和压载吃水 线。
另一方面，本文将不会 解释怎样进行推进系统的 计算，因为这些计算非常复 杂，读者可以参考“参考文 献”中的那些专业文献来了 解这些知识。
本文的范围
本文分为三章，从内容 上看基本上可以当成三篇 独立的文章，但它们也彼此 相互关联，因此在某一章中 讲述过的内容也可能出现 在另一章中
第一章讲述了用于定 义船舶尺寸和船体形式的 一些基本术语，例如船舶排 水量、载重吨、设计吃水、 垂线间长、方形系数，等等。 其他一些船舶术语，比如有 效拖曳阻力、摩擦力的组 成、残余阻力以及空气阻力 以及这些阻力对船舶运行 的影响。
图1 载重线-干舷 吃水
水线要低一些，
另一方面，热带地区吃水线 要高于夏季吃水线。
2
船舶尺寸的标示 排水量和载重量
当船舶处于任意装载 情况时，其排水量等于船舶 排开水的质量，因此排水量 就等于相应装载情况下船 舶的总重量，通常海水的密 度是1.025 t/m3。
排水量等于空船重量 和载重量之和，其中载重量 是指船舶的装载能力，包括 油料和其他船舶推进必需 的供应品的重量。因此在任 何时候船舶的载重量都等 于排水量与空船重量之差， 这些参数都以吨位单位。 载重量 = 排水量 - 空船 重量
船舶长度，总长LOA、水线 长LWL和垂线间长LPP 船舶总长（LOA）通常在计 算船体阻力时是不重要的。 重要的是水线面长和所谓 的垂线间长。 图2描述了这 些尺度。
2
垂 线间长 LPP是 指首垂 线——通过艏柱与水线交 点的垂线， 与尾垂线—— 通常与舵柱中心线重合，的 距离。 总体来说这个长度 比水线面长度LWL要小一些， 也可以表示为： LPP = 0.97 ×LWL 吃水 D
纵 向菱形 系数 CP 是指 船体水下部分体积与中舯 剖面面积与水线面长的乘 积之比。如图3所示。
由上面公式可见纵向 菱形系数CP 不是一个完全 独立的系数，它取决于方形 系数CB和中舯剖面系数CM 。
纵向浮心位置LCB 纵 向浮心 位置 LCB 是指
浮力中心的位置与船舯位 置（舶艏尾垂线间连线中 点）的距离。 这一距离通 常表示为垂线间长的百分 比，如果为正值，则说明浮 心位于船舯靠船首方向，如 果是负值则说明浮心位靠 近船尾。对于速度比较快的 船如集装箱船，其纵向浮心 位置LCB通常都是负值，而速 度比较慢的船舶如液货船 和散货船则为正值。一般来 说浮心位置LC 都在_3% 到 +3%之间。
这一关系是通过无量 纲的阻力系数C来对船体源 阻力R进行计算和测量的基 本原理。因此C与参考力K有 关，K是指船舶以速度V航行 时施加在一块与船体湿表 面面积AS相等的面上的流体 动压力。在计算湿表面面积 时应包括舵的表面积。通用 的阻力计算数据为： 参考力：
借助于一些固有的无量纲 船体参数（有些参数已经讨 论过了）我们已经建立了一 些用于计算阻力系数C以及 固有的源阻力R的方法。 在 实际应用中，船体阻力可以 通过相应船舶模型的水池 试验来得以确认。
船 舶 的吃 水 D(文 献中 也常用T表示)是指水线与 船体水下最低点的距离，如 图2和3所示。 在船舶装货 时，艏吃水DF和尾吃水DA通 常是相等的。 水线面宽 BWL
水线面宽是指船体水 线面上的最大宽度，也是一 个船型尺寸中的一个重要 参数。如图2和3 所示。 方形系数 CB
有好几种系数用来表 示船体形状，其中最重要的 一个就是方形系数CB。方形 系数是指船体水下部分的 体积与以水线面长LWL为长 水线面宽BWL为宽以及吃水D 为高的长方体的体积之比。
如今船舶推进动力主 要来源于柴油机，其所需功 率和转速都取决于船体形 式和推进器的设计，因此， 为了让推进方案尽可能的 优化，我们必须先了解一些 基本的船舶以及影响船舶 推进系统的柴油机参数的 知识。
本文将试图解释一些 船型、船舶尺度、船体形式 方面的术语，阐明一些关于 船体阻力、推进工况以及柴 油机负载图相关的一些参 数。
第三章论述了选择正 确的最大持续功率（MCR） 以及主机最佳工况点、主机 的负载图以及相关螺旋桨 的设计工况点是多么重要。 结合几个例子阐述了相关 负载图线的结构。图24借助 负载图描述了一艘定距桨 船不同类型阻力对主机持 续运行功率的重要影响。
1
第一章 船舶定义及船体阻力
船舶类型
根据运输货物的性质
以及有些情况下不同的装
卸方式，船舶可以划分为不
同的类别、种类和型号，其
中一部分见表1。
最大的三类船为集装
箱船、散货船（用于运输散
装货物入谷物、煤炭、矿石
等）和液货船。 这些船又
可以划分为更加精确的种
类和型号。因此液货船又可
以分为油轮、液化气船和化
学品船，但这些船中也存在
联合运输船，比如油/化学
品船。
地方法规关于干舷大小的
规定所绘制的，表明船舶载
货到这个程度是安全的（具
体程度根据季节和水的盐
度不同而有所不同）。
载重线有： 淡水载重
线、海水载重线，各自还进
一步分为热带地区载重线、
夏季载重线和冬季载重线。
海水夏季载重线和强度计
算 吃 水 线 （ Scantling
draught）平齐，这一水线
用于定义船体的尺寸。 冬季吃水线比夏季吃
细长比 CLD 长度/排水量 比或者
细长比CLD 是指船体水线面 长与相同排水量的立方体 边长的比值，也就是
要想推动船舶前进，必 须先要克服船舶阻力即与 船舶推进力相反的力。对选 择螺旋桨以及随后主机选 型而言船舶阻力R的计算是 一项非常重要的工作。
概论 船舶阻力在很大程度
上受到航行速度、排水量以 及船体形式的影响。船舶总 阻力RT由许多阻力源组成， 主要可以分为三组： 1） 摩擦阻力 2） 剩余阻力 3） 空气阻力
顺便说一下，“吨”这 个词并不总是表示同一个 重量，除了公吨（1000kg） 还有英吨（1016kg），也被 称作“长吨”，还有“短吨” 大约907kg。 空船重量通常 不用于表示船舶的尺寸，但 载重吨（DWT）却可以，它 表示船舶处于强度计算吃 水线下的装载能力，包括燃 油、润滑油等的重量。 有 时候载重吨也指设计水吃 线下的载重量，但如果这样 应该加以说明。
图1 仅提供了一个粗 略的纲要，现实中存在很多
表1 船型实例
联合运输型的船舶，比如 “多用途散货-集装箱运输 船”就是一个例子。
因为冬季的时候恶劣天气 要多一些。
舶载重线
如图1所示，印在船长
的中部位置的载重线（又叫
“普利姆索尔标志”
Plimsoll Mark）。载重线
的线和字母都是依照国际
海事组织（IMO）的规范以
中舯剖面系数CM 中 舯剖面 系数 CM 更进
一步的描述了船体的形状， 它是指中舯剖面（船体艏水 线与尾垂线中点的剖面）上 水线以下部分的面积AM与水 线面宽BWL和吃水D的乘积之 比。
2
对于散货船和液货船 来说，中舯剖面系数通常在 0.98_0.99之间，集装箱船 为0.97_0.98. 纵向菱形系数CP
水线面系数CWL 水 线面系 数 CWL 是指船
舶 水 线 面 的 面 积 AWL 与 水 线 面 长 LWL 和 水 线 面 宽 的 乘 积 之比，如图3所示。
通常水线面系数比方 形系数大0.1。
两者之差在速度比较 快、方形系数小的船上要大 些，因为这些船的船尾常常 部分浸在水中构成水线面 的一部分。
第二章阐述船舶推进 与螺旋桨周围的水流情况， 为此伴流系数以及推力减
额系数等都将提及。
研究螺旋桨所需功率 是基于上述有效拖曳阻力 以及各种螺旋桨与船体之 间的相互效率，因此这些内 容都将进行阐述，在图6 中 还给出了推进理论的一个 概要。
文中还根据相关螺旋 桨理论，阐述了静水中固定 螺距螺旋桨在自由航行中 的工况，接着又分析了船舶 航行中重载和轻载工况，此 时船舶会遭受各种的额外 阻力，例如污底、大风浪阻 力等。
目录
船舶推进基本原理
引言 ............................................... 3 本文的范围 ......................................... 3 第一章 船舶定义及船体阻力 .......................... 4
在上面的例子中，方形 系数的计算用的是水线间 长，而有些船舶建造者常使 用基于垂线间长Lpp 计算 出的方形系数 CBpp 这样算 出的方形系数要大一些,因 为如前所述，垂线间长要小 于水线面长。
方形系数小的船通常 船舶阻力要小一些，因而可 以得到比较快的船速。
图3 船型系数
表3列举了一些不同类 型船舶的方形系数以及相 应的船速，可见方形系数大 的船一般速度较慢，反之亦 然。
船舶推进基本原理
引言
本文中关于“船”这个 词是指在水上从一个地点 到另一个地点运输人或者 货物的交通工具，通常船的 推进借助螺旋桨 （propeller）来进行的， 虽然有时候也用“screw” 这个词，比如“twin_screw” （双螺旋桨）推进系统，但 是“propeller”这个词是 在英语中最常用的
船舶类型 ....................................... 4 舶载重线 ....................................... 2 船舶尺寸的标示 ................................. 5 船体形状的描述 ................................. 5 船舶阻力 ....................................... 7 第二章 螺旋桨推进 ................................. 10 螺旋桨类型 ..................................... 1 螺旋桨周围的水流情况 ......................... 111 效率 ........................................... 2 螺旋桨尺寸 ..................................... 1 螺旋桨工况 .................................... 15 第三章 主机的设计和负载图 ......................... 20 功率函数和对数坐标 ............................ 20 螺旋桨和主机配合点 ............................ 20 主机布置图 .................................... 22 负载图 ........................................ 22 使用布置图和负载图的例子 ...................... 25 不同船舶阻力对主机运行的影响 - 定距浆船 ....... 27 船舶阻力对配合曲线的影响 – 调距桨船 .......... 29 参考文献 .......................................... 30
表2简要的说明了船舶 排水量、载重量（夏季水线 /强度计算水线）和空船重 量的换算关系。 船舶排水 量也可以表示为排开水的 体积Δ，也就是用立方米表 示。
总登记吨 不用细说，量度船舶大
小的还有总登记吨（GRT）
图2 船体尺度
表2船舶排水量、载重量和 空船重量的关系
和净登记吨（NRT），其中1 登 记 吨 =100 立 方 英 尺 ， 或 2.83立方米。
摩擦阻力与剩余阻力 的影响取决于水下部分的 船体，而空气阻力则由水上 部分的船体所决定。因此对 于甲板上载运大量集装箱 的集装箱船而言，空气阻力 就会有一定的影响。
对于密度为 速度为V 的水而言，其流体动压力 为： 1/2 ×ρ×V2 (伯努利定律)
因此如果水流被某个 物体完全阻挡，则水会产生 压力作用在物体表面。
这些量度表示了根据 相关规则测量的船舶内部 空间大小，广泛的用于计算 港口或者运河的费用。
船体形状的描述 毫无疑问对船舶推进
最有意义的是船体水线以 下的部分，以下关于船体形 状的
描述中要提到设计水 线的概念，设计吃水线通常 要低于或者等于强度计算 吃水线，设计吃水线的选择 取决于装载程度，也就是 说，在营运中船舶将会轻载 还是重载。 通常最常用的 是满载吃水线和压载吃水 线。
另一方面，本文将不会 解释怎样进行推进系统的 计算，因为这些计算非常复 杂，读者可以参考“参考文 献”中的那些专业文献来了 解这些知识。
本文的范围
本文分为三章，从内容 上看基本上可以当成三篇 独立的文章，但它们也彼此 相互关联，因此在某一章中 讲述过的内容也可能出现 在另一章中
第一章讲述了用于定 义船舶尺寸和船体形式的 一些基本术语，例如船舶排 水量、载重吨、设计吃水、 垂线间长、方形系数，等等。 其他一些船舶术语，比如有 效拖曳阻力、摩擦力的组 成、残余阻力以及空气阻力 以及这些阻力对船舶运行 的影响。
图1 载重线-干舷 吃水
水线要低一些，
另一方面，热带地区吃水线 要高于夏季吃水线。
2
船舶尺寸的标示 排水量和载重量
当船舶处于任意装载 情况时，其排水量等于船舶 排开水的质量，因此排水量 就等于相应装载情况下船 舶的总重量，通常海水的密 度是1.025 t/m3。
排水量等于空船重量 和载重量之和，其中载重量 是指船舶的装载能力，包括 油料和其他船舶推进必需 的供应品的重量。因此在任 何时候船舶的载重量都等 于排水量与空船重量之差， 这些参数都以吨位单位。 载重量 = 排水量 - 空船 重量
船舶长度，总长LOA、水线 长LWL和垂线间长LPP 船舶总长（LOA）通常在计 算船体阻力时是不重要的。 重要的是水线面长和所谓 的垂线间长。 图2描述了这 些尺度。
2
垂 线间长 LPP是 指首垂 线——通过艏柱与水线交 点的垂线， 与尾垂线—— 通常与舵柱中心线重合，的 距离。 总体来说这个长度 比水线面长度LWL要小一些， 也可以表示为： LPP = 0.97 ×LWL 吃水 D
纵 向菱形 系数 CP 是指 船体水下部分体积与中舯 剖面面积与水线面长的乘 积之比。如图3所示。
由上面公式可见纵向 菱形系数CP 不是一个完全 独立的系数，它取决于方形 系数CB和中舯剖面系数CM 。
纵向浮心位置LCB 纵 向浮心 位置 LCB 是指
浮力中心的位置与船舯位 置（舶艏尾垂线间连线中 点）的距离。 这一距离通 常表示为垂线间长的百分 比，如果为正值，则说明浮 心位于船舯靠船首方向，如 果是负值则说明浮心位靠 近船尾。对于速度比较快的 船如集装箱船，其纵向浮心 位置LCB通常都是负值，而速 度比较慢的船舶如液货船 和散货船则为正值。一般来 说浮心位置LC 都在_3% 到 +3%之间。
这一关系是通过无量 纲的阻力系数C来对船体源 阻力R进行计算和测量的基 本原理。因此C与参考力K有 关，K是指船舶以速度V航行 时施加在一块与船体湿表 面面积AS相等的面上的流体 动压力。在计算湿表面面积 时应包括舵的表面积。通用 的阻力计算数据为： 参考力：
借助于一些固有的无量纲 船体参数（有些参数已经讨 论过了）我们已经建立了一 些用于计算阻力系数C以及 固有的源阻力R的方法。 在 实际应用中，船体阻力可以 通过相应船舶模型的水池 试验来得以确认。
船 舶 的吃 水 D(文 献中 也常用T表示)是指水线与 船体水下最低点的距离，如 图2和3所示。 在船舶装货 时，艏吃水DF和尾吃水DA通 常是相等的。 水线面宽 BWL
水线面宽是指船体水 线面上的最大宽度，也是一 个船型尺寸中的一个重要 参数。如图2和3 所示。 方形系数 CB
有好几种系数用来表 示船体形状，其中最重要的 一个就是方形系数CB。方形 系数是指船体水下部分的 体积与以水线面长LWL为长 水线面宽BWL为宽以及吃水D 为高的长方体的体积之比。
如今船舶推进动力主 要来源于柴油机，其所需功 率和转速都取决于船体形 式和推进器的设计，因此， 为了让推进方案尽可能的 优化，我们必须先了解一些 基本的船舶以及影响船舶 推进系统的柴油机参数的 知识。
本文将试图解释一些 船型、船舶尺度、船体形式 方面的术语，阐明一些关于 船体阻力、推进工况以及柴 油机负载图相关的一些参 数。
第三章论述了选择正 确的最大持续功率（MCR） 以及主机最佳工况点、主机 的负载图以及相关螺旋桨 的设计工况点是多么重要。 结合几个例子阐述了相关 负载图线的结构。图24借助 负载图描述了一艘定距桨 船不同类型阻力对主机持 续运行功率的重要影响。
1
第一章 船舶定义及船体阻力
船舶类型
根据运输货物的性质
以及有些情况下不同的装
卸方式，船舶可以划分为不
同的类别、种类和型号，其
中一部分见表1。
最大的三类船为集装
箱船、散货船（用于运输散
装货物入谷物、煤炭、矿石
等）和液货船。 这些船又
可以划分为更加精确的种
类和型号。因此液货船又可
以分为油轮、液化气船和化
学品船，但这些船中也存在
联合运输船，比如油/化学
品船。
地方法规关于干舷大小的
规定所绘制的，表明船舶载
货到这个程度是安全的（具
体程度根据季节和水的盐
度不同而有所不同）。
载重线有： 淡水载重
线、海水载重线，各自还进
一步分为热带地区载重线、
夏季载重线和冬季载重线。
海水夏季载重线和强度计
算 吃 水 线 （ Scantling
draught）平齐，这一水线
用于定义船体的尺寸。 冬季吃水线比夏季吃
细长比 CLD 长度/排水量 比或者
细长比CLD 是指船体水线面 长与相同排水量的立方体 边长的比值，也就是
要想推动船舶前进，必 须先要克服船舶阻力即与 船舶推进力相反的力。对选 择螺旋桨以及随后主机选 型而言船舶阻力R的计算是 一项非常重要的工作。
概论 船舶阻力在很大程度
上受到航行速度、排水量以 及船体形式的影响。船舶总 阻力RT由许多阻力源组成， 主要可以分为三组： 1） 摩擦阻力 2） 剩余阻力 3） 空气阻力
顺便说一下，“吨”这 个词并不总是表示同一个 重量，除了公吨（1000kg） 还有英吨（1016kg），也被 称作“长吨”，还有“短吨” 大约907kg。 空船重量通常 不用于表示船舶的尺寸，但 载重吨（DWT）却可以，它 表示船舶处于强度计算吃 水线下的装载能力，包括燃 油、润滑油等的重量。 有 时候载重吨也指设计水吃 线下的载重量，但如果这样 应该加以说明。
图1 仅提供了一个粗 略的纲要，现实中存在很多
表1 船型实例
联合运输型的船舶，比如 “多用途散货-集装箱运输 船”就是一个例子。
因为冬季的时候恶劣天气 要多一些。
舶载重线
如图1所示，印在船长
的中部位置的载重线（又叫
“普利姆索尔标志”
Plimsoll Mark）。载重线
的线和字母都是依照国际
海事组织（IMO）的规范以
中舯剖面系数CM 中 舯剖面 系数 CM 更进
一步的描述了船体的形状， 它是指中舯剖面（船体艏水 线与尾垂线中点的剖面）上 水线以下部分的面积AM与水 线面宽BWL和吃水D的乘积之 比。
2
对于散货船和液货船 来说，中舯剖面系数通常在 0.98_0.99之间，集装箱船 为0.97_0.98. 纵向菱形系数CP