附加阻力.ppt

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1、1附加阻力与船模阻力试验附加阻力与船模阻力试验2附体阻力附体阻力 船舶设计水线以下的船舶设计水线以下的舭龙骨、舵舭龙骨、舵、轴包轴包架架、轴和支轴架轴和支轴架等，统称为船的附体。等，统称为船的附体。由于船的附体通常位于水下较深位置，由于船的附体通常位于水下较深位置，且相对尺寸较小，因而认为附体阻力的主要且相对尺寸较小，因而认为附体阻力的主要成分是成分是摩擦阻力和粘压阻力摩擦阻力和粘压阻力。那些较短的附。那些较短的附体，如支轴架等，其阻力成分几乎都是粘压体，如支轴架等，其阻力成分几乎都是粘压阻力，并认为其阻力系数与速度无关；另一阻力，并认为其阻力系数与速度无关；另一类是长附体或沿流线方向安装的附

2、体，如舭类是长附体或沿流线方向安装的附体，如舭龙骨、轴包架等，其阻力几乎都是摩擦阻力。龙骨、轴包架等，其阻力几乎都是摩擦阻力。12/12/20223一、确定附体阻力的方法一、确定附体阻力的方法1 1经验公式确定附体阻力经验公式确定附体阻力(1)(1)舭龙骨舭龙骨：应沿水流方向安装。所增的阻：应沿水流方向安装。所增的阻力一般不大于裸船体阻力的力一般不大于裸船体阻力的1%1%3%3%或取其摩或取其摩擦阻力的擦阻力的5/35/3倍。倍。(2)(2)舵舵：流线型舵的阻力可取其自身摩擦阻：流线型舵的阻力可取其自身摩擦阻力的力的1.51.5倍。对单螺旋桨船，舵的阻力一般约倍。对单螺旋桨船，舵的阻力一般约为

3、裸船体阻力的为裸船体阻力的l%l%2%2%。对双螺旋桨的双边。对双螺旋桨的双边舵，其阻力值约为裸船体阻力的舵，其阻力值约为裸船体阻力的3%3%5%5%。12/12/20224(3)(3)坞座龙骨（坞座龙骨（大型船舶的船底中心线两侧，专为船舶入坞坐墩而设置的纵向箱型结构或复板。）：）：其阻力可取为其自身摩擦阻力的其阻力可取为其自身摩擦阻力的4 4倍。倍。(4)(4)轴包架：轴包架：阻力值在一般情况下约为裸船体阻力的阻力值在一般情况下约为裸船体阻力的5%5%10%10%。(5)(5)轴支架和轴：轴支架和轴：采用左右两轴支架的阻力可按下面的经采用左右两轴支架的阻力可按下面的经验公式计算：验公式计算：

4、12/12/20225 在船舶设计中，附体阻力常用附体系数在船舶设计中，附体阻力常用附体系数k kapap的形式来表示。计及附体后的实船有效功的形式来表示。计及附体后的实船有效功率率P Pe1e1可由下式计算得到：可由下式计算得到：P Pe1e1=P Pebeb(1+(1+k kapap)其中，其中，P Pebeb为裸船体所需有效功率。为裸船体所需有效功率。表4-1 不同类型船的附体系数 船 舶 种 类 kap(%)单螺旋桨民用船双螺旋桨民用船双或四螺旋桨高速军舰 25713815 12/12/202262 2应用模型试验确定附体阻力应用模型试验确定附体阻力设由模型试验得到的裸体船模的总阻力为

5、设由模型试验得到的裸体船模的总阻力为Rm，加装，加装全部附体后的总阻力为全部附体后的总阻力为(Rm+Rm)，则模型的附体阻，则模型的附体阻力系数力系数Capm为：为：相应实船的附体阻力相应实船的附体阻力Rs 可由下面方法得到：可由下面方法得到：(1)认为实船的附体阻力系数认为实船的附体阻力系数Caps等于船模的附体阻等于船模的附体阻力系数力系数Capm，则有：，则有：12/12/20227 Rs=Capm sSss 由于尺度效应的影响，按上式计算实船附体阻力结由于尺度效应的影响，按上式计算实船附体阻力结果偏大，为此引入一个附体尺度效应因子果偏大，为此引入一个附体尺度效应因子进行修进行修正，即有

6、：正，即有：Rs=Rm或或 Caps=Capm(2)认为实船的附体系数认为实船的附体系数kaps等于模型的附体系数等于模型的附体系数kapm。这样，实船的附体阻力为：。这样，实船的附体阻力为：Rs=kapm Rs=Rm Rs/Rm 由于该换算法的尺度效应较小，所以实用上，由于该换算法的尺度效应较小，所以实用上，常用这种方法确定实船的附体阻力。常用这种方法确定实船的附体阻力。12/12/20228二、附体设计应注意的事项二、附体设计应注意的事项(1)(1)附体应沿船体流线方向设置。附体应沿船体流线方向设置。(2)(2)尽可能采用湿面积较小的附体。尽可能采用湿面积较小的附体。(3)(3)附体沿水流

7、方向应采用流线型剖面。附体沿水流方向应采用流线型剖面。12/12/20229 4-2 空气阻力一、确定空气阻力的方法一、确定空气阻力的方法1 1根据风洞试验资料估算根据风洞试验资料估算空气阻力几乎全部由粘压阻力组成，它可表示为：空气阻力几乎全部由粘压阻力组成，它可表示为：2 2倒置船模阻力试验确定空气阻力倒置船模阻力试验确定空气阻力 计算空气阻力的公式如下：计算空气阻力的公式如下：12/12/2022103 3计算空气阻力系数或取空气阻力百分数计算空气阻力系数或取空气阻力百分数 如果已确定船的附体阻力和空气阻力，则实船的如果已确定船的附体阻力和空气阻力，则实船的有效功率为有效功率为 Pet=P

8、eb(1+kap+kaa)式中，式中，Pet 又称静水有效功率。又称静水有效功率。12/12/202211二、影响空气阻力的因素二、影响空气阻力的因素(1)(1)与上层建筑的型式及其在船中横剖面上的投影与上层建筑的型式及其在船中横剖面上的投影 面积有关。面积有关。上层建筑尽可能低而长，这样可减小迎风面积上层建筑尽可能低而长，这样可减小迎风面积；桥楼各层的后端依次制成阶梯形；桥楼各层的后端依次制成阶梯形；上层建筑前端设计成流线型；上层建筑前端设计成流线型；短小的上层建筑合并。短小的上层建筑合并。(2)(2)与相对风向角有关。与相对风向角有关。(3)(3)空气阻力与相对速度空气阻力与相对速度a a

9、的平方成正比关系。的平方成正比关系。12/12/202212 4-3 4-3 波浪增阻波浪增阻 一、在波浪中引起阻力增加的主要原因一、在波浪中引起阻力增加的主要原因1 1船体运动船体运动 船舶在波浪中航行时，将产生纵摇、升沉、横摇船舶在波浪中航行时，将产生纵摇、升沉、横摇和摇首等各种运动，使阻力增加，航速降低。一般和摇首等各种运动，使阻力增加，航速降低。一般认为引起船舶阻力增加主要是由认为引起船舶阻力增加主要是由纵摇、升沉纵摇、升沉运动所运动所致，而横摇和摇首较为次要。致，而横摇和摇首较为次要。2 2船体对波浪的反射作用船体对波浪的反射作用 由于波浪遇到船体后，被船体反射而产生反射水由于波浪遇

10、到船体后，被船体反射而产生反射水波，该水波的能量就是船体阻力增值的一部分。波，该水波的能量就是船体阻力增值的一部分。12/12/202213二、影响波浪中阻力增值的因素二、影响波浪中阻力增值的因素(1)(1)从波浪情况来看：从波浪情况来看：同一船舶的波浪中阻力增值将随所遭遇的波高而同一船舶的波浪中阻力增值将随所遭遇的波高而增加；增加；当波浪周期与船的纵摇周期接近时，船体阻力增当波浪周期与船的纵摇周期接近时，船体阻力增值可能很大；值可能很大；路易斯的研究指出，所遇波浪的波长大于船长路易斯的研究指出，所遇波浪的波长大于船长3/43/4时所产生的运动将大为加剧，波浪中的阻力增值时所产生的运动将大为加

11、剧，波浪中的阻力增值亦将显著增大。亦将显著增大。(2)(2)从船型来看：从船型来看：船模在波浪上的试验和实船试验船模在波浪上的试验和实船试验结果证明，在静水中阻力较低的船型在波浪中的阻结果证明，在静水中阻力较低的船型在波浪中的阻力增值仍将相应较低。力增值仍将相应较低。12/12/202214三、波浪中阻力增值的处理与储备功率三、波浪中阻力增值的处理与储备功率(1)(1)由于波浪阻力增值的存在，如保持静水由于波浪阻力增值的存在，如保持静水中相同功率时，航速必然会有所下降，这种中相同功率时，航速必然会有所下降，这种航速的减小称为速度损失或简称航速的减小称为速度损失或简称失速失速。(2)(2)考虑到

12、波浪中的阻力增值，如要维持静考虑到波浪中的阻力增值，如要维持静水中的相同航速，则必须较原静水功率有所水中的相同航速，则必须较原静水功率有所增加，所增加的功率称为增加，所增加的功率称为储备功率储备功率。12/12/202215 船舶设计中常用储备功率百分数船舶设计中常用储备功率百分数(或称附加数或称附加数)来表示储备来表示储备功率的大小。该百分数是在已计入附体阻力、空气阻力以后功率的大小。该百分数是在已计入附体阻力、空气阻力以后所需静水航行功率后再增加的功率百分数，记为所需静水航行功率后再增加的功率百分数，记为kaw。这样计。这样计及波浪中阻力增值等因素后的实际及波浪中阻力增值等因素后的实际有效

13、功率有效功率Pew 与与 静水有效静水有效功率功率Pet的关系为：的关系为：Pew =Pet(1+kaw)(4-14)以以(4-11)式代入，则有：式代入，则有：Pew =Peb(1+kap+kaa)(1+kaw)(4-15)并以此来确定主机功率。船舶建成后，在要求装载情况下，并以此来确定主机功率。船舶建成后，在要求装载情况下，且主机以额定功率时在平静水域中所能达到的速度叫试航速且主机以额定功率时在平静水域中所能达到的速度叫试航速度。但考虑到船舶在航行中因受风浪和污底等原因致使增加度。但考虑到船舶在航行中因受风浪和污底等原因致使增加阻力，故实际航速总是低于试航速度。因此常以持久功率阻力，故实际

14、航速总是低于试航速度。因此常以持久功率(约为额定功率的约为额定功率的85%90%)在平均海况下船舶所能达到的在平均海况下船舶所能达到的航速称为服务速度。航速称为服务速度。12/12/202216 储备功率储备功率的多少应视船长、船型、航道的多少应视船长、船型、航道和船的业务性质而异。和船的业务性质而异。一般取一般取 kaw=15%30%考虑汹涛阻力的另一种方法是将服务速考虑汹涛阻力的另一种方法是将服务速度另加度另加0.5l.0 kn作为作为试航速度试航速度，然后以此试，然后以此试航速度为基础来估算功率。航速度为基础来估算功率。船模阻力试验船模阻力试验船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻

15、力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法船舶阻力与推进（阻力）第第七七章章 模模型型试试验验 船舶阻力与推进船舶阻力部分船舶阻力与推进船舶阻力部分船舶阻力与推进船舶阻力部分船舶阻力与推进船舶阻力部分船舶阻力与推进船舶阻力部分一、船模阻力试验的一、船模阻力试验的依据依据1、全相似、全相似 Fr、Re相等相等 无法实现无法实现2、粘性相似粘性相似 Rem=Res VmLm/m=VsLs/s m s Vm=Vs 难以实现难以实现3、重力相似重力相似 Frs=Frm 可行可行4、结论：部

16、分相似（、结论：部分相似（Fr）+假设（傅汝德、休斯）假设（傅汝德、休斯）二、船模二、船模试验池试验池1、任务任务：拖曳、自航、适航性等试验：拖曳、自航、适航性等试验2、拖车式拖车式拖车式拖车式船模试验池船模试验池优点优点：船模尺度比较大，尺度效应小，准确性高：船模尺度比较大，尺度效应小，准确性高 试验内容多试验内容多流线观察、敞水试验、自航试验、部分耐波性试验、部流线观察、敞水试验、自航试验、部分耐波性试验、部 分操纵性试验、强度和振动方面的试验分操纵性试验、强度和振动方面的试验、水下实验、水下实验 缺点缺点：拖车和轨道要求高、设备复杂、造价高。：拖车和轨道要求高、设备复杂、造价高。7.1

17、拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法3、重力式重力式重力式重力式船模试验池船模试验池优点优点：水池小、设备简单、造价低：水池小、设备简单、造价低缺点缺点：船模尺度小、尺度效应大、误差偏大：船模尺度小、尺度效应大、误差偏大 实验内容单一实验内容单一7.1 拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验

18、第七章船模阻力试验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法三、船模阻力三、船模阻力试验方法和内容试验方法和内容试验方法和内容试验方法和内容1、试验准备试验准备 船模制作（木模、蜡模）船模制作（木模、蜡模）几何相似、表面光洁几何相似、表面光洁 安置人工激流丝安置人工激流丝称重称重配压载、调浮配压载、调浮2、阻力、阻力数据测试数据测试 物理量：速度、阻力、纵倾、升沉、浸湿长度物理量：速度、阻力、纵倾、升沉、浸湿长度 方法：（方法：（1）船模速度：）船模速度：拖车速度（测速轮）拖车速度（测速轮）（2）阻力测量：）阻力测量：阻力仪阻力仪 a、机械

19、式机械式阻力阻力Rtm由砝码重力由砝码重力W平衡。平衡。W rBpLpsin=Rtm rA Rtm=rB W/rA pLpsin/rA 记录记录W、可得可得Rtm船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法7.1 拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法 b、电测式电测式 力传感器力传感器阻力变化阻力变化传感器信号变化传感器信号变化船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试

20、验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法7.1 拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法（3）船模纵倾角和重心升沉测量）船模纵倾角和重心升沉测量（4）浸湿面积和湿长度确定）浸湿面积和湿长度确定 排水型排水型 与静浮态一致与静浮态一致 滑行艇滑行艇 目测、摄像目测、摄像（5）流线测量）流线测量 涂油漆、安丝线涂油漆、安丝线+水下摄影水下摄影船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备

21、和方法7.1 拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法3、船模与实船阻力换算船模与实船阻力换算（1）傅汝德换算）傅汝德换算 Rts=Rfs+Rts=Rfs+（Rtm-RfmRtm-Rfm）3 3 s/s/mm Cts=Cfs+Crm=Cfs+Cts=Cfs+Crm=Cfs+（Ctm-CfmCtm-Cfm）C=R/0.5 C=R/0.5 V V2 2 S S（2）三因次换算（休斯法）（）三因次换算（休斯法）（1+k）法）法）Cts=Ctm-Cts=Ctm-（1+k1+k）（）（）（）（Cfm-CfsCfm-Cfs）+CfCf 船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻

22、力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法7.1 拖曳试验依据、设备和方法拖曳试验依据、设备和方法一、表达目的与要求一、表达目的与要求目的目的：阻力换算；比较船型阻力性能优劣：阻力换算；比较船型阻力性能优劣基本要求基本要求：无量纲化；：无量纲化；以以Fr数及类似形式为速度参数；数及类似形式为速度参数；阻力与速度间函数便于换算。阻力与速度间函数便于换算。二、表达方法二、表达方法1、泰洛表达法及其换算关系、泰洛表达法及其换算关系 速度参数速度参数Fr（或或V/L0.5）；）；阻力阻力 Rt/（或或 Rr

23、/或或Cr）7.2 船模阻力数据表达船模阻力数据表达船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达（1）Rr/对对Fr的表达形式的表达形式 船模数据用船模数据用 Rrm/m对对Fr的表达；的表达；实船阻力：实船阻力：R Rts ts/s s=R=Rfs fs/s s+R+Rrsrs/s s（2）Rt/对对Fr的表达形式的表达形式 船模数据用船模数据用 Rtm/m对对Fr的表达；的表达；实船阻力：实船阻力：R Rts ts/s s=R=Rfs fs/s s+R+Rrsrs/s

24、 s 相应速度时：相应速度时：R Rrsrs/s s=R=Rrmrm/mm=R=Rtmtm/mm-R-Rfmfm/mm所以所以 R Rts ts/s s=R=Rtmtm/mm-（R Rfmfm/mm-R-Rfs/fs/s s）又因为：又因为：RfRfmm/mm=C=Cfmfm 0.5 0.5 mm V Vmm2 2 S Smm/mmg gmmCbLCbLmmB BmmT Tmm =0.5 =0.5 S Smm C Cfmfm FrFr2 2/C/Cb bB BmmT Tmm7.2 船模阻力数据表达船模阻力数据表达船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力

25、试验第七章船模阻力试验船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达同样：同样：R RfSfS/S S=0.5 0.5 S Ss s （C Cfs fs+C Cf f ）FrFr2 2/C/Cb bB Bs sT Ts s几何相似船模：几何相似船模：0.5 0.5 S Smm /C/Cb bB BmmT Tmm=0.5 0.5 S Ss s/C/Cb bB Bs sT Ts s所以有：所以有：R Rts ts/s s=R=Rtmtm/mm-（C Cfmfm-C Cfs fs-C Cf f）0.50.5S Ss sFrFr2 2/C/Cb bB Bs sT Ts s用用Rr/F

26、r2对对Fr形式表达形式表达 R Rts ts/s s FrFr2 2=R=Rtmtm/mmFrFr2 2-（C Cfmfm-C Cfs fs-C Cf f）0.50.5S Ss s/C/Cb bB Bs sT Ts s7.2 船模阻力数据表达船模阻力数据表达船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达2、傅汝德圆圈系数表达法及其换算、傅汝德圆圈系数表达法及其换算（1）船体几何尺度系数船体几何尺度系数船体几何尺度系数船体几何尺度系数 长度系数长度系数 m=L/m=L/1/

27、31/3，宽度系数，宽度系数 B=B/B=B/1/31/3，吃水系数吃水系数 D=T/D=T/1/31/3，湿面积系数，湿面积系数 S=S/S=S/2/32/3相似船模和实船，相应系数相等相似船模和实船，相应系数相等（2）速度表达系数速度表达系数速度表达系数速度表达系数 i、P P ii、K=V/K=V/（g g 1/31/3/4/4 ）1/21/2=（4 4 /g/g）1/21/2 V/V/1/61/6表示表示V与波长为与波长为 1/31/3/2/2的波速之的波速之比比 iii、L=L=（4 4 /g/g）1/21/2 V/V/L L1/21/2 表示表示 V与波长为与波长为L L/2/2的

28、波速之比的波速之比（3）阻力表达系数阻力表达系数阻力表达系数阻力表达系数 C=C=（Rt/Rt/）（）（）（）（1000/K 1000/K 2 2）F=F=（Rf/Rf/）（）（）（）（1000/K 1000/K 2 2）R=R=（Rr/Rr/）（）（）（）（1000/K 1000/K 2 2）7.2 船模阻力数据表达船模阻力数据表达船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达7.2 船模阻力数据表达船模阻力数据表达 C 与与 Ct=Ct=Rt/0.5Rt/0.5V V2

29、 2S S均可表示总阻力特征均可表示总阻力特征 C/Ct=125 S/C/Ct=125 S/船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达换算关系换算关系Cts=Cfs+Crm=Cfs+Cts=Cfs+Crm=Cfs+（Ctm-CfmCtm-Cfm）+Cf=Cf=Ctm-Ctm-（Cfm-Cfs-Cfm-Cfs-CfCf）用用 C 代入：代入：C s=C m-C s=C m-125 S 125 S（Cfm-Cfs-Cfm-Cfs-CfCf）/3、比较不同船型的阻力性能比较不

30、同船型的阻力性能（1）傅汝德表达法）傅汝德表达法（2）泰洛表达法）泰洛表达法用于用于L、V确定比较船型确定比较船型（、V给定时，给定时，用傅汝德法）用傅汝德法）7.2 船模阻力数据表达船模阻力数据表达船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达船模阻力数据表达一、试验本身的一、试验本身的影响因素影响因素1、试验假设引起的误差、试验假设引起的误差2、试验本身引起的误差、试验本身引起的误差3、试验设备引起的误差、试验设备引起的误差二、二、尺度效应尺度效应 Re小小 层流层流 措施：人工激流法措施：人工激流法 表面粗糙激流法；激流杆法；激流丝法；小钉激流法表面粗糙激流法；激流杆法；激流丝法；小钉激流法7.3 影响试验结果的因素影响试验结果的因素船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验第七章船模阻力试验影响试验结果的因素影响试验结果的因素影响试验结果的因素影响试验结果的因素12/12/20223712/12/20223812/12/20223912/12/20224012/12/20224112/12/20224212/12/20224312/12/202244