高性能船水动力原理与设计讲解

“高性能船水动力原理与设计”思考题及部分答案整理

1. 何谓高性能船，其特点是什么？

答：具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其使用要求的船舶功能，这样的船统称为高性能船舶。特点：航速高；优良的耐波性能；载运能力较大；经济性好；优美的造型和舒适的舱室空间环境。

2. 高性能船的种类有哪些，其中哪些是排水型船？哪些是水动力支撑？哪些是空气动力支撑？

答：小水线面双体船；滑行船；水翼艇；气垫船；地效翼船。排水型：小水线面双体船；穿浪双体船。水动力支持：水翼艇。空气动力支持：气垫船；地效翼船。

3.船型和兴波阻力的关系？P9

理论分析和实验表明，在固定的船体参数条件下，舶型的改变

对兴波阻力的影响很显著,其中影响最大的是横剖面面积曲线形状，

其次是肋骨线型。

船型设计的主要着眼点之一就在于寻求使兴波阻力最小的船型。

对于高性能船，兴波阻力与船体的线型密切相关，其线型设计需要能精确的计算其兴波阻力。

4. 线性兴波阻力理论在船型设计中的作用?

当船型参数中船宽B与长度L之比和船宽B与吃水T之比都很小时，就称此船型为薄船，由薄船建立的兴波阻力理论称为薄船理论。

吃水与船长和吃水与船宽的比值都很小的船型称为扁船，由扁船所建立起来的兴波阻力理论称为扁船理论。

对普通的船来说，宽度和吃水与长度相比都很小的，可近似看成细长船；用细长船建立起来的兴波阻力理论称为细长船理论。

米切尔积分计算兴波阻力。

5.船型的概念，船型包含那些内容？P9

所谓船型它包括两个方面的内容：

一是表征船体形状的特征参数即尺度和系数

二是船体形状即线型

横剖面面积曲线形状(沿船长方向变化)

肋骨线型

首尾端轮廓线形状。

6. 随体积傅氏数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？

答：用体积傅氏数表征船舶的相对速度，船在航行时在垂直方向上的平衡关系为：

1）排水航行状态:当0

2）过渡状态:当1

3）滑行状态:当3>Fr，船体被托在水面上航行，仅有一小部分船体和水面接触，吃水减小，静浮力减小，艇体几乎完全由流体动升力支持。

瘦长船舶：船的长宽比较大的船舶，尤其是高速排水式的船和瘦长船型最为接近。

船型：包括船的外观形状，尺度，特征参数以及型线。

7. 影响耐波性的船型参数有哪些？（图2-4）P10

1）贝尔的耐波性品级指标中影响耐波性的船型参数有哪些？

2）莫尔在研究船型与耐波性的关系中，影响纵向运动的船型参数有哪些？

答：1）有6个参数：中前水面面积系数C

WF ；中后水面面积系数C

WA

；吃水船

长比T/L；C/L,其中C为龙骨截至点至首垂线距离；

中前竖向棱形系数C

VPF ；中后竖向棱形系数C

VPA

。

2）由纵摇角有义值公式可知有如下几个参数：水线面系数Cw，方形系数Cb，

浮心在中横剖面前的纵向位置相对船长的百分比L

CB

，船长比船宽L/B，船长比吃

水L/T,实船纵向质量惯性半径R

yy

。

8. 常用高速方艉圆舭排水型船阻力计算方法有哪些？图谱方法有哪些？P16

答：有图谱法和回归分析法。图谱法有:英国皇家物理实验室的高速圆舭NPL 系列图谱法；原苏联的《方尾图谱》法，瑞典SSPA高速小型排水型艇系列。9. 单体圆舭高速船的船型特点？

答：书13页（1）船的长度较长。长度系数ψ＝L/ v1/3的增大对于快速性还是耐波性来说都会有好处，增大船体的瘦长比使静水阻力和波浪阻力都能减小。瘦长比为10的极瘦的船即使是在高海情下，速度损失也不会超过5%。（2）船底横向斜升角较大,向深V发展. 船底升高越大,冲击加速度越小。（3）船的排水体积和重量后移。（4）干舷适当。首部较尖(水线进角较小)的艇，因储备浮力比较小，首部干舷往往需要加大。这有利于保证避免甲板的上浪和淹湿。

10. 方艉船型的水动力特点？

答：随着航速的不断提高，方艉船的尾部水流的流动情况也在不断地变化。在低速时，因为方尾尾部水流不能沿着船体的底部和两侧向后迅速脱离开船体，所以在尾后形成大量的漩涡。在Fr>0.45的高速时，船尾部的水流具有足够的动能以克服粘性的影响而迅速脱离船的尾部。方尾尾板之后不再出现漩涡，而是船侧和船底的水流在船后某个位置发生交汇，形成“空穴”。这段长度称为“虚长度”，相当于增加了船体长度，使船体的修长度系数加大。同时，又使船长Fr数减小。可以减小兴波阻力，从而降低兴波阻力。

11. 方艉船型的特征参数（b/B,β）及其对水动力性能的影响？P24

答：相对尾板宽度b/B和尾封板底部横向斜升角β都是表达方尾特征的船型参数，反映方艉船后体收缩程度的无因次量。b/B越小，β越大，则方尾的尾板面积越小，说明船的后体相对尖瘦，这在低速时对减小船体的粘压阻力有利；反之，即收缩程度越大，则在高速时对减小船体的兴波阻力有利。低速时后体的收缩程度直接影响到漩涡水流区域的大小，高速时，会影响到“虚长度”的大小。

12. 为什么深V船型的耐波性好？P32

答：深V型船的砰击概率要比与它相当的圆舭型船低得多，这主要是因为深V型船吃水深，尖舭的折角线无论是对横摇运动还是纵摇运动都有更大的阻尼作用，因此在同等情况下横摇幅度和纵摇幅度均比一般圆舭船小。同时，由于横向斜升角越大，吃水较深，对减小纵摇运动幅度有利。深V型船的后体均保持有较大的底部横向斜升角，这使得其纵摇轴更接近于艇的重心纵向位置。因此纵摇固有周期应当比常规的圆舭型艇要短，在风浪中更容易引起谐振。

但由于纵摇轴移到舯部件，则不仅转动惯性半径减小而且转动力矩减小。可以认为这是深V型船首部冲击加速明显减小的主要原因。

13. 单体深V高速船的船型特点？P25

答：①横剖面呈V字型，舭部呈折角尖舭形状，底部横向斜升角β≥20°，横剖线呈直线或近乎直线②首部附近的龙骨下沉到基线以下即反向龙骨坡度，甚至形成类似于球首的形状，横剖面更加升V③整个后体横剖面底部斜升角β设计成不变或几乎不变，以增加尾板附近的升沉和横剖面积④后体设有短舭龙骨和尾鳍⑤船体形状简单，易建造。

14. 试比较深V船型与常规圆舭船型的水动力特点？P30

答：①阻力：随着航速的升高，深V船型的尾倾比圆舭型要好，且低速时浅水阻力要好，说明升V船型在浅水中达到的航速比圆舭型船要高②耐波性：与圆舭型船相比，深V船型斜升角大于20度，发生的纵摇较小，垂向加速度较低，顺浪时显著减小了首摇，因而具有非常好的航向稳定性③稳性：由于横剖面呈V 型，在舭中型深相同的时，深V型船比圆舭型船重心要高，但深V型船有较大的