船舶阻力与推进复习资料.doc

船舶阻力与推进1船舶快速性答：船舶快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航行速度的能力的要求。2船体阻力按照船舶周围流动现象和产生的原因来分类，船体总阻力可分成：答：兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力。3常规船减小兴波阻力的方法有哪两种？ 答：1.选择合理的船型参数；2.造成有利的波系干扰。4如何减小船体的摩擦阻力？答：首先从船体设计本身考虑，选择合理的船型参数，特别是主尺度的确定要恰当，其次，由于表面粗糙度对摩擦阻力的影响很大，因而在可能的范围内使船体表面尽可能光滑，另外边界层的控制以及船底充气都能有效的减小船体阻力。5采用母型船数据估算法来确定设计船的阻力或有效功率有哪几种方法？答：1.海军系数法；2.引申比较定律法；3.基尔斯修正母型船剩余阻力法。6降低粘压阻力对船型有哪些要求？答：1.应注意船的后体形状；2.应避免船体曲率变化过大；3.前体线型应给予适当注意。7有效功率的定义答：若船以速度v航行时遭受到的阻力为R，则阻力R在单位时间内消耗的功为Rv,而有效推力，两种在数值上是相等的，故成为有效功率。8螺距比是如何定义的？答：面螺距P和直径D之比P/D成为螺距比9空泡是如何形成的？答：螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背面压力降低形成吸力面，若某处的压力降至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀，形成气泡，成为空泡。10当前设计船用螺旋桨的方法有哪两种？答：图谱设计法和环流理论设计法。11螺旋桨的设计问题分为哪两类？答：螺旋桨的初步设计和终结设计。12通过船模自航实验应解决哪两个问题？答：1.预估实船性能；2.判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。13船体主尺度对阻力有很大影响，在船长的选择时应考虑哪几方面的问题？答：1.布置要求2.阻力性能3.操纵性4.经济性。船舶阻力思考题与习题第一章 总论1）船舶阻力学科的研究任务与研究方法。答：本课程着重介绍船舶航行时所受到的阻力的产生原因，各种阻力的特性，决定阻力的方法，影响阻力的因素以及减少阻力的途径等问题。2）船舶在水中航行时，流场中会产生那些重要物理现象？它们与阻力有何关系？3）影响船舶阻力的主要因素有那些？ 4）各阻力成分及其占总阻力的比例与航速有何关系？低速船 摩擦阻力70%80%，粘压阻力10%以上 兴波阻力很小 高速船 兴波阻力40%50%，摩擦阻力50% 粘压阻力5%5）物体在理想流体无界域中运动时有无阻力？应该注意的是压阻力中包含有粘压阻力和兴波阻力两类不同性质的力。兴波阻力既使在理想流体中仍然存在，而摩擦阻力和粘压阻力两者都是由于水的粘性而产生的，在理想流体中并不存在。6）何谓二物理系统的动力相似？7）何谓傅汝德（Froude）相似律？8）何谓雷诺（Reynolds）相似律？9) 船模试验中能否实现“全相似”？为什么？10）何谓“相应速度”（又称“相当速度”）？相应速度（模型）11）某海船航速，,，湿面积s=5.90(m2)，V=17.0(kts)，阻力试验中所用船模缩尺比，在相当速度下测得兴波阻力=9.8(n)，试验水温为12C，试求：i）船模的相当速度及排水量；ii）20C海水中实船的兴波阻力。注：1节(knot)=1.852(公里/小时)12）设，在某一航速下，试计算当速度增加50后，、各占总阻力的百分比。第二章 粘性阻力1）何谓“相当平板”？相当平板：同速度、同长度、同湿表面相当平板假定：实船或者船模的摩擦阻力分别等于与其同速度，同长度，同湿面积的光滑平板摩擦阻力。2）摩擦阻力与流态的关系如何？雷诺数对摩擦阻力的影响如何？书P1623）船体表面纵、横向曲度对摩擦阻力影响如何？当船体水流的平均速度较平板大，因此边界层厚度大部分（船前70%）比平板要小，这导致速度梯度和摩擦阻力增加。 但当船尾附近，船体边界层变厚，常伴有分离、旋涡现象，这时水流速度较小，摩擦阻力也随之减小。4）何谓“水力光滑”？5）何谓“粗糙度补偿系数”？为何将其称为“换算补贴”或“相关补贴”？总的摩擦阻力系数可取为光滑平板摩擦阻力系数Cf在加上一个与雷诺数无关的粗糙度补贴系数Cf.我们一般取0.4*10-36）何谓“普遍粗糙度”？何谓“结构粗糙度”？普通粗糙度：又称为漆面粗糙度，主要是油漆面的粗糙度和壳板表面的凹凸不平等。局部粗糙度：又称为结构粗糙度。主要为焊接，铆钉，开孔以及突出物等粗糙度。7）你了解哪些关于减少摩擦阻力的近代研究，自己有何设想？1.边界层控制办法2.采用聚合物溶液降阻剂3.仿生学观点4.微小沟槽（微槽薄膜）5.将船体抬出水面，从而使船体表面与水接触改变为与空气接触8）试述粘压阻力的成因与特性从能量观点来看，在尾部形成漩涡，另一部分漩涡则被冲向船的后方，同船尾处又继续不断产生的漩涡，这样船体就要不断地提供能量。这部分能量损耗就是以粘压阻力的形式表现的。9）为降低粘压阻力，对船型有何要求？1注意后体形状 （1） （2）控制船尾水流的变化平缓2船型变化不宜过急，特别注意横剖面曲线A(x)前肩勿过于隆起，后肩勿过于内凹。3对低速肥大船型，可采用球鼻艏以减少舭涡。10）试证在边界层未分离情况下，粘压阻力仍存在。（考虑利用边界层方程与Lagrange积分）对于流线型物体，甚至某些优良船型可能并不发生界层分离现象，但粘压阻力仍然存在，仅数值大小不同而已。这是因为边界层的形成使尾部流线被排挤外移，因为流速较理想流体情况时必然增大，压力将下降。这样尾部的压力值不会达到理想流体中的最大值，首尾仍旧存在压力差，同样会产生粘压阻力，但是与由于边界层分离而引起的粘压阻力相比要小得多。11）你所了解的粘性阻力理论计算的研究现状与水平。第三章 兴波阻力1）试从压力与能量两方面说明兴波阻力的成因。压力观点P191最下面能量观点：船舶在水面航行时候产生的波浪，船体必须提供兴波的波能，即要克服兴波阻力作功，这就是从能量观点解释兴波阻力的由来。2）试述船行波的形成特点。船行波：在航行时随着一起前进，波不断向外传播,波浪留在船后。（不断向外向后传播的波）3）兴波阻力曲线在一定傅汝德数范围内为何峰、谷迭现？书P199 3-20式 由于COS(2mL/)的数值在1.0-1.0之间变动，因此兴波阻力在曲线上总是出现凸起和凹陷的“峰”和“谷”4）何谓傅汝德圆圈P理论？如何利用该理论判断船舶处于何种干扰区？（感受不需要掌握）5）熟悉平面进行波的基本理论及基本参数。恩。6）船体接近自由面的部分对兴波的影响大还是底部对兴波的影响大？为什么？由波浪理论知。兴波主要发生在自由表面附近，而随浸深增加，波幅将按指数规律衰减。SO7）试述减少船舶兴波阻力的措施。P2098）你所了解的船舶兴波阻力理论与数值计算的研究现状与水平。9）对于破波阻力的看法及阻力分类的再认识P215 破波阻力：破波阻力随Fn增大而增大，而且服从Froude的比较定律，即Fn数相等时，破波阻力系数相等。 丰满船破波阻力较大，压载情况下破波阻力要比满载时大，因为压载时B/T值增大。u 破波阻力除了与船型有关外，主要与B/T和进流段长度有关。减少B/T，增大进流段长度，将能明显减少破波阻力。u 理论和实验都证明，采用球鼻型船首能减少破波阻力，主要原因是减少船首波的陡直程度，而且球鼻型的船首在轻载（压载）时效果较大。10)某长江双桨客货船水线长Lwl=108m，方形系数Cb0.594,中横剖面系数Cm=0.97。试用傅汝德圆圈P理论判别航速V15节,17.7节,19.5节时兴波阻力是否处于峰值或谷值附近。第四章 附加阻力1）附体阻力、空气阻力主要是何种阻力成分？为什么？附体阻力成分：摩擦阻力和粘压阻力。空气阻力：摩擦阻力和粘压阻力2）波浪中的阻力增值的主要影响因素有那些？1不论船型的肥瘦情况如何，同一船舶的波浪中阻力增值随所遭遇的波高而增加，遭遇的波浪越大，船体运动愈剧烈，阻力越大。2.波浪中的阻力增值主要取决于船舶的纵摇和升沉运动的强烈程度以及与波浪的相位关系。3.若所遇波浪的波长在船长3/4以下者产生的纵摇和升沉运动都比较小，但等于或大于船长时所产生的运动将大为加剧，波浪中的阻力增值亦将显著增大3）何谓试航速度、服务速度、贮备功率？服务航速：常以持久功率（约为额定功率的85%90%）在平均海况下船舶所能达到的航速称为服务航速。试航速度：服务航速另加0.51.0KN作为试航速度储备功率：在波浪中阻力增值，如要维持静水中的相同航速，则必须较原静水功率有所增加，所增加的功率称为储备功率。第五章 船模阻力试验 1）船池尺度如何确定？由船模的大小和速度而定2）船模阻力试验如何满足相似条件？Fr满足相似3）何谓“激流”？由于试验是在部分相似的条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假定。这里需要特别注意的是：船模阻力试验虽然无法满足于实船的雷诺数相等，但并不等于对船模试验的雷诺数Rem没有任何要求。实船船体周围边界层中的水流都是处于紊流状态，因而要求船模试验时边界层中的水流也要处于紊流状态，因此船模试验的雷诺数必须在2000000以上，并且安装激流装置，才能满足船模边界层中的水流处于紊流状态4）试述傅汝德（Froude）换算方法的本质及基本换算步骤。5）何谓“尺度效应”？6）试比较傅汝德（Froude）换算方法及三因次换算方法。应用弗如德的2因次换算时，由船模阻力试验测量的总阻力Rtm，在扣除相当于平板摩擦阻力Rfm得到剩余阻力Rrm,其中Rfm由平板公式计算所得，模型试验所要求解决的只是Rrm.但在三因次换算中，需要靠船模试验解决的是兴波阻力Rwm及形状因子（1+K）。7）何谓“形状因子”？如何确定它？粘压阻力系数Cpv与摩擦阻力系数Cf之比是一常熟K称之为形状因子。8）某船长L=100(m)， V=7.83(m/s)，Fr=0.25，相应船模的缩尺比。设流态转换的临界雷诺数Rncr=5105，水的粘性系数=1.1410-6(m2/s)，试以相当平板计算实船、船模层流段的长度范围。9）某海船模型速度Vm=1.75(m/s)，湿面积s=5.90(m2)，缩尺比，测得总阻力Rt=34.1(n)，试验水温为20C，试用傅汝德换算法求15C海水中实船的总阻力。10）某海船模型速度Vm=1.54m/s，Fr=0.22，测得Rt=43.1(n)，模型湿面积s=9.0(m2)，缩尺比，试验水温为20C，试求实船在15C下的有效功率。11）不同船型比较时阻力数据应如何正确表达？第六章 船型对阻力的影响1）研究船型时应首先明确的基本观点是什么？要综合考虑各种因素，顾及总体布置。工艺结构，快速性，耐波性，稳性，航区和经济性2）影响阻力的船型参数有那些？ 横剖面面积曲线（主要看：浮心位置Xc，平行 体长度Lp和位置，以及前尾形状） 满载水线面的形状（主要看：满载水线面积，满载水线平行中段，满载水线首尾形状，以及首端进流段） 首尾形状（包括：首尾横剖面形状，纵剖面形状）3）横剖面面积曲线包含那些特征参数？浮心纵向位置Xc，平行中体长度Lp和位置，以及曲线两端的形状4）为何在研究船型参数对阻力的影响时要按速度参数将船舶分为高、中、低速船型分别讨论？各类船舶的速度范围不同，因为他们的主要阻力成分亦不一样，所以船型设计所考虑的侧重面各不相同。5）何谓仿射变化？仿射变化后船型特征变化如何？将船体表面上各对应坐标分别按一定比例放大或缩小，从而得到不同系列的船模。6）试述船长对阻力的影响。7）试述棱形系数对阻力的影响。8）试述排水量长度系数对阻力的影响。9）简述浮心纵向位置、平行中体长度、去流段及进流段长度对阻力的影响。书上全是。10）试述船舶加装球首的作用。1减小兴波阻力2减小舭涡阻力3减小破波阻力11）简述方尾流动特征与减阻机理。它的尾部纵剖线坡度缓和近于直线。这样可使水流大致沿纵剖线方向流动，减少高速水流的扭转和弯曲程度，从而减少能量损失，改善阻力性能。12）试证影响船舶阻力的六个船型参数、中独立参数不超过四个。 得证。13）横剖面形状有那些基本类型？从对阻力影响的角度看应如何选择横剖面形状？U V UV P259第七章 阻力近似估算方法1）简述近似方法的特点。用几种方法计算后求平均值是否可以保证近似计算的精度？应该如何选择近似计算方法？阻力近似估算方法所得结果的准确程度取决于设计船与母型船或设计船与各图谱所依据的船模系列之间的相似程度。为了尽可能提高近似估算的准确性，应该对估算方法的原始资料情况有所了解，有针对性选择估算方法。船模系列资料估算法。经验公式估算法。母型船数据估算法。2）Taylor法如何进行湿面积修正及船长修正？3）简述艾亚（Ayre）法计算阻力的步骤。该法如何考虑摩擦阻力修正？4）某客货船装有轴功率2000马力的主机，正常航速为12节，因锅炉故障，致使主机功率下降12，试估算航速下降的百分比。第八章 船在限制航道中的阻力1）简述浅水对船舶流场与粘性阻力的影响。浅水时船周围的流场发生变化，主要反映船侧，船底的流速比深水时为大，致使粘性阻力增加。同时，由于船底的流速增加，压力下降，从而使船的吃水增加和船的航态发生变化。2）试述浅水对船舶兴波与兴波阻力的影响。船舶在浅水中航行时兴起的波浪参数如波高，波速（波长）与深水情况不同，而且兴波图形（即兴起波浪的形状）也发生明显变化。3）工程上考虑浅水影响的判据是什么？最小临界水深4）证明在亚临界速度区，相同航速下浅水兴波波长大于无限水深兴波波长。波速损失不等于05）船舶在浅狭水道和浅水中航行时的主要差别是什么？兴波现象有何不同？P2996）试述用Schlichting法计算浅水阻力的基本思想及计算步骤。7）何谓孤独波？孤独波产生时船舶的浮态与阻力会发生什么变化？第九章1）船舶有哪几种航态？1排水航行状态2过渡状态3滑行状态2）试述过渡型快艇的艇型特征和阻力特性。速度 长度 排水量 横剖面形状，宽度吃水比 棱形系数 水线面系数 船中横剖面系数 浮心纵向位置3）试析双体船的片体干扰与干扰阻力。剖面形状，长度排水体积系数，片体间距4）试比较排水型高速船（单体、双体）与常规船舶的兴波特点。高速：首部比较瘦削，进流段 的水线几乎呈直线，水线的进角较小5）试比较滑行艇与过渡型快艇的船型特征与阻力性能。6）试比较滑行艇与常规船舶的船型特征与阻力性能。7）简述水翼艇的种类及其在不同体积傅汝德数范围的航行方式与支持方式。8）试述小水线面双体船的船型特征与阻力性能。9）何谓“地面效应”？10）简述侧壁式气垫船与全垫升式气垫船的主要区别。试题部分第一章1、船舶阻力与快速性的关系船舶阻力是船舶在航行过程中收到流体（水或空气）阻止它前进的力，是与船体运动相反的作用力。船舶快速性是研究船舶尽可能消耗较小功率从而维持一定航速的能力。因此快速性的优劣与阻力性能、推进效率等有关系。Pe=RV。因此在主机功率一定的条件下，阻力越大航速越低。MPH(Pm)=RV/(75NsN0)=RV/(75N)2、船舶阻力研究的内容和目的是什么？有哪些研究方法？内容：1、船舶以一定速度在水中直线航行时所遭受的各种阻力的成因及其性质； 2、阻力随航速、船型和外界条件的变化规律； 3、研究减小阻力的方法，寻求设计低阻力的优良船型； 4、如何较为准确地估算船舶阻力，为设计推进器（螺旋桨）和决定主机功率提供依据。目的：尽可能消耗较小的功率以维持一定的航速，准确估算阻力大小，为设计船选择合适的主机，为螺旋桨设计提供依据，进而预报航速、并寻求最小阻力R min 的船型。研究方法：1、理论研究方法：应用流体力学的理论，通过对问题的观察，调查，思索，分析，抓住问题的核心与关键，提出思路和措施。 2、实验方法：包括船模实验和实船实验，船模实验是根据对问题本身的理性认识按照相似理论在试验池中实验，以获问题的定性与定量的解决。实船实验是鉴定船舶快速性是否达到设计要求，并最后验证理论研究成果的准确性。 3、数值模拟：根据数学模型，采用数值方法预报船舶航行性能，优化船型和推进器的设计。3、船舶阻力分类方法、优缺点按照产生阻力的物理现象分类：Rt=Rw+Rf+Rpv 即兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力按照作用方向分类：分为由兴波和漩涡引起的垂直于船体表面的压力和船体比安眠切向力作用的水质点的摩擦阻力Rt=Rf+Rp按照流体性质分类：兴波阻力，粘性阻力（分为粘压阻力和摩擦阻力）Rt=Rw+Rv付汝德阻力分类：摩擦阻力Rf，剩余阻力Rr，剩余阻力是指船体总阻力中扣除相当平板摩擦阻力所剩余部分的阻力，实质是粘压阻力和兴波阻力合并在一起。Rt=Rf+rRr，Rr=Rw+Rpv4、船舶周围流场的主要物理现象是什么？对阻力有哪些影响？现象：1、船体在运动过程中兴起波浪，改变了船体表面的压力分布情况； 2、船体运动时，由于水的粘性，在船体周围产生“边界层”，从而使船体运动过程收到粘性切应力作用，即表面产生了摩擦力。 3、船体去读骤变处，特别是较为丰满的尾部常会产生漩涡，产生漩涡的根本原因是水具有粘性，漩涡处的水压力下降，从而改变了船体表面的压力分布状况。 由于实际流体的粘性作用，即使不产生分离的情况下，因为边界层在尾部排挤厚度大，从而使船体前后部分存在压力差，因此同样存在粘压阻力。5、边界层的特点：（定义、成因、状态） 当水流以速度u流经平板或船体时，由于水具有粘性，使船体表面处的水质点被黏附在船体表面，流速为0，距物面某一距离6处流速达到来流的速度值。称在粘性租用的这一薄层水流为边界层，6称为边界层厚度。在平板前端部分，水质点表现有稳定的分层流动，边界层眼板长方向增长较慢，称为层流，平板后不，水质点相互碰撞，运动方向极不规则，但其平均速度还是沿着平板防抢前进，界层厚度沿板长方向增长较快，称为紊流。层流和紊流之间的过渡状态称为过渡流或变流，边界层内流动状态完全取决于平板的局部雷若数Rex。 层流Rex3*106 过渡流居中。6、产生船舶阻力的主要原因： 水，空气的粘性，船舶曲度的变化，水的惯性。 船舶航行的环境和载体是有粘性、惯性、易流动的水，船在水中的位置移动必定导致水的位置的改变即流动，使水流动需要消耗能量，而消耗的能量以阻力的形式表现，故产生阻力的根本原因是水的粘性、惯性和易流性。7、潜艇和水面船舶所受到的阻力有哪些区别？随着侵深增加，潜艇产生的兴波阻力减小，到一定深度，几乎无兴波阻力，因此潜艇几乎不受到兴波阻力。 8、什么是Re，Fr和相应速度？Re=Lv/谬，称为雷洛数，表征流体惯性力与粘性力之比。Fr=v/(gL)称为付汝徳数，表征流体流动时迁移速度与重力加速度之比。相应速度是指几何相似的船之间为了保持Fr相同，则它们的速度必须满足一定的对应关系。即Vm=Vs/(Ls/Lm)=Vs/入。9、什么是Frude定理？有何作用？Frude定理是指形似船在具有相同的Fr数（即相应速度）时，单位排水量兴波阻力必相等。 作用：由此定理，在实验求得船模的兴波阻力之后，就可以得到相应速度时的实船兴波阻力。10、什么是全相似？为什么说实船与船模不能全相似？实船和船模的雷洛数和付汝德数同时相等，就称为全相似。Re相等：VmLm/vm=VsLs/vs 即 Vm/Vs=Ls/Lm=入Fr相等：Vm/(gLm)=Vs/(gLs)即Vm/Vs=（Lm/Ls）=1/入两条件同时满足，则必有Lm=Ls，且 入=1 ，即用实船进行实验，这就不符合实验的要求了，模型试验已经失去意义了，因而不能全相似。11、Frude假定的内容是什么？有什么优缺点？内容：假定船体总阻力可以分为摩擦阻力和剩余阻力，且使用比较定律。即Re=Rf+Rr ,Rr=Rpv+Rw。假定船体的摩擦阻力Rf等于相当平板（与船体同速度、同长度、同湿面积得平板）的摩擦阻力。优点：使用简单，简化计算，使结果与实际更加接近，为工程计算船体摩擦阻力提供了理论基础。缺点：1、应用相当平板计算时，由于存在实船与船模的尺度效应的问题，必须在实船-船模阻力换算时进行“尺度效应修正”。 2、假定忽略了船体与“光滑平板”的差别，由于实际船体表面曲度和粗糙造成的影响，也需要修正。12、船舶表面弯曲对摩擦阻力产生形状效应，为何船的摩擦阻力仍可以用相当平板公式计算？研究表明，船体的摩擦阻力增量的确大语相当平板的摩擦阻力，但是这种阻力增量是比较小的，其原因在于弯曲表面所引起的摩擦阻力增大与分离点后漩涡区域摩擦阻力的减小有所抵消，考虑到各种因素之间的相互抵消作用，因此Frude假定在使用上不至于发生很大误差。13、Frude的平板摩擦阻力公式、ATTCLine、ITTC-57公式是什么？根据什么得出？平板摩擦公式：Cf=2Rf/(pSv2)，此公式由Frude假定得出。Re(35)*105ATTCLine公式：Cf=0.4631/LgRe2.6，此公式由桑海运用对数分布规律并根据平板拖曳实验给出。Re=106109ITTC-57公式 ：Cf=0.075/LgRn-22 ,此公式为1957年ITTC上根据分析几何相似船模阻力实验结果所提出的计算公式。14、名词解释：层流边界层：边界层内存在两种流动状态，在平板的前端部分，水质点表现有稳定的分层流动，边界层沿板长方向增长较慢，这种流体状态称为层流，与其对应的边界层称为层流边界层。理想流体 ：无粘度、在流动中不产生摩擦阻力Rf的流体。相应速度 ：形似船之间，为了保持Fn相同，则它们的速度必须满足一定的关系。相当平板 ：在摩阻力计算中，实船与船模的的摩擦阻力分别等于与其同速度、同长度、同表面积的光滑平板的摩擦阻力，该假定中的“光滑平板”就称为该船的“相当平板”。摩擦系数 ：定义Cf=2Rf/pSv2 为摩擦阻力系数，Cf仅仅是雷洛数的函数，雷洛数相同的不同平板的Cf相同。阻力的种类和定义：摩擦阻力Rf ：由于水的粘性而使船体运动过程中受到的切应力所造成的阻力。粘压阻力Rpv：由粘性引起的船体前后压力不平衡而产生的阻力。兴波阻力Rw ：由兴波引起的压力改变所产生的阻力。压阻力Rw ：作用在船体表面上的压力所造成的阻力， Rp=Rpv+Rw 。粘性阻力Rv ：由于流体粘性而产生的阻力， Rv=Rf+Rpv 。剩余阻力Rr ：船体总阻力中扣除相当平板摩擦阻力所剩余的部分的阻力， Rr=Rpv+Rw 。第三章1、波浪是如何产生的？其组成及特点？(1)产生：水流流经弯曲的船体时，眼船体表面的压力分布不一样，导致船体周围的水面升高或者下降，在重力和惯性力的作用下，在传后形成实际的船波。(2)组成：船行波由与压力点兴波图形相似的首尾两组波系所组成，其中包括下列船波： 船首压力兴波：形成船首波系，包括船首横波和船首散波。 船尾压力兴波：形成船尾波系，包括船尾横波和船尾散波。(3)特点：整个船行波可分为首尾两大波系，各由横波和散波组成；整个传播系基本集中在凯尔文角所限定的扇形面范围内；船首横波通常在船首柱略后为波峰，而船尾横波则在尾柱略前处由波谷开始；整个船波系的个散波之间及散波与横波之间互不干扰；船波随船一起前进，船波速度等于船速。2、兴波阻力产生的原因是什么？受力观点：船体在运动过程中兴起波浪，由于波浪的产生，改变了船体表面的压力分布状况，船首与船尾的波峰波谷导致首尾流体的压力差，从而产生兴波阻力。能量观点：对于深水进行波，其总能W的一半W1是由已产生的波浪传过来的，另外一部分W2是生成此波的船对流体做工提供的，即W=W1+W2 ,这就是由能量观点提出的兴波阻力的表达式。3、兴波阻力与船航速的关系？行波阻力系数随速度的变化规律是什么？兴波阻力Rw与船速V得6次方成正比：Rw=A+B*cos(2mL/入)V6 。随船速的增加，对低速船而言，兴波阻力在总阻力中所占比例很小，而对高速船来说，兴波阻力将占很大的比例。行波阻力系数Cw=2Rw/pSv2 =C+D*cos(2mL/入）v/(gL)4 ,即兴波阻力与速度的4次方成正比。4、船波产生干扰的原因是什么？如何减少干扰？有利干扰和无利干扰？避免干扰措施？(1)产生干扰的原因：实际船体兴波存在的船首波系和船尾波系，且两波系中的横波在船尾处相遇叠加；(2)减少干扰的措施：降低船速，增加平行中体的长度。(3)有力干扰：如果首波波峰在船尾与尾波波谷相互叠加，则合成横波波幅减小，兴波阻力减小，称为有利干扰； 无利干扰：船首横波波谷与船尾波谷相互叠加，则合成波幅增大，从而使船的后踢流体压力变得更小，水压力向前的分力更小，兴波阻力增大，称为无利干扰。(4)避免措施：a、设计时，根据船舶的航行区域选择相应的船长，尽可能使兴波长度 mL=CpL+3/4入=n入 ， n=1，2，3（Cp为棱形系数） b、改变平行中体长度 c、选择合理的船型系数 d、采用球鼻首、消波水翼等造成有利干扰5、兴波阻力的确定方法有哪些？(1)船模实验法：依据三因次的Cr=Ctm-Cfm ，通过模型试验确定剩余阻力系数Cr来确定、分析兴波阻力。(2)兴波阻力理论计算方法：基础是Michell的线性型兴波理论。(3)对非线性波问题，常用的是道森方法，对低速船行波问题解决得较为合理，但不适用于高速船。(4)波形分析法：船的兴波阻力是与船后自有波系队形，将二者的波幅函数联系起来，通过测量得到自由波系，进行傅里叶变换，得到波幅函数从而计算兴波阻力。6、球鼻首降低兴波阻力的原因球鼻首的兴波与主船体的首横波形成干扰，使兴波阻力得以减小，因为当船航行时，球鼻亦将产生波浪，如果球鼻首的位置和大小选择得当，则球鼻兴波的波谷和船首波的波峰正好处于相同的位置，使合成波的波高较原来的船首波的波高有明显的减小，从而降低兴波阻力。7、减小兴波阻力的措施与原理一、减小常规船兴波阻力的方法：a、选择合理的船型系数。在船舶设计阶段，按照要求达到预定航速，选择恰当的主尺度和船型系数。b、设计良好的首尾形状。首尾形状对兴波阻力有较大的影响。c、造成有利的波形干扰。最常见的是采用球鼻首。d、高速排水型艇安装消波水翼。在船高速行驶时，安装在首柱后面的消浪水翼之后部分形成一低压区，以至在翼后形成一个波穴，也可以降低兴波阻力。二、应用不同的设计概念减小Rw。8、减小摩擦阻力的方法(1)减小S(选取合适的主尺度和船型参数)(2)使船体表面尽可能光滑，以减小正三角Cf(4)边界层控制(延长层流区或加厚湍流区以减小偏v偏y)(5)喷注降阻剂(6)船底充气减阻(气膜减阻)(7)将船体抬出水面，变水接触为空气接触(水翼船、气垫船、滑行艇等)第四章1、附加阻力有哪几类？各有什么特性？附加阻力包括：附属体所受水阻力（附体阻力），水面以上船体所受空气阻力，波浪中的阻力增值。附体阻力：由于船的附体通常安装在水线一下较深的位置，且相对尺寸较小，从而认为附体阻力主要成分是摩擦阻力和粘压阻力。空气阻力：船舶在航行过程中，其船体水线以上部分和上层建筑将受到空气的阻力，包括摩擦阻力和粘压阻力两部分。因为空气的密度和粘性系数都比水要小，故而摩擦阻力只占很小一部分，空气阻力主要是粘压阻力。它与船舶水上部分的外形及风的相对速度大小和方向有关。波浪中的。第五章1、阻力实验的目的？条件？为什么？ 船舶阻力实验的目的可以归结为:主要研究船模在水中等速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。其具体目标为：1、船型的研究；2、确定设计船舶的阻力性能；3预报实船性能；4研究各种阻力成分；5、航行状态的研究；6预估给定速度下实船所需要的有效功率 阻力实验需要满足的条件：船模与实船几何相似，重力相似，即：Frm=Frs 因为只有满足船模与实船几何、运动和动力相似，船模的总阻力系数才等于实船得总阻力系数，这样才能根据船模阻力实验所测出的船模总阻力来求实船总阻力。 Rts=1/2PsSsVs2*Cts=1/2PsSsVs2*Ctm 而实际上，几何、运动、动力三个条件全相似是不可能的但可以做到满足几何相似和满足傅汝德数相等下的重力相似准则。2、船模实验数据如何换算至实船？(一)二因次法：将阻力Rt分为摩擦阻力Rf和剩余阻力Rr两部分，即Rts=Rfs+Rrs、Rtm=Rfm+Rrm、Cts=Rfs/(1/2PsSsVs2)+Rrs/(1/2PsSsVs2)=Cfs+Crs、Ctm=Cfm+Crm。故实船的计算公式Rts=1/2PsSsVs2*Cts、Cts=Cfs+Crs+正三角Cf其中Cfs、Cfm根据1957-ITTC公式：Cf=0.075/(LgRe-22)算出（先计算Re），正三角Cf为粗糙度附加，一般取0.4*10-3.Crs在相应速度下等于CrmCrs=Crm=Rrm/(1/2PmSmVm2)=(Rtm-Rfm)/(1/2PmSmVm2)=Rtm/(1/2PmSmVm2)-Cfm(二)三因次法：将阻力Rt看成三部分：摩擦阻力Rf、粘压阻力Rpv，即Rt=Rf+Rpv+Rw。（Rf+Rpv）称粘性阻力，写成Rt=（1+k）Rf+Rw，（1+k）称形状因子，k称为形状系数总阻力系数Ctm=（1+k）Cfm+Cwm,Cts=（1+k）Cfs+Cws相应速度下Cwm=Cws推出Cts=Ctm-（1+k）（Cfm-Cfs）故阻力计算公式Rts=1/2PsSsVs2*Cts=Ctm-（1+k）（Cfm-Cfs）*1/2PsSsVs2,其中Ctm=Rtm/(1/2PmSmVm2)，Cfm、Cfs由1957-ITTC公式算出。（1+k）由Ctm/Cfm=(1+k)+A*Frn/Cfm (A,n用最小二乘法求得)其余为已知量。3、船模阻力的表达式的作用？有哪几种？船模阻力数据表达法的作用有两方面;一是船体阻力换算。这是指船型相同，大小不同的船舶之间的阻力换算。显然按不同的缩尺比均可由船模阻力资料换算得出大小不同船舶的阻力值。另一种是比较船型阻力性能的优劣。这是指船型不同，但是大小相同或相近的船舶之间的阻力性能优劣的判别。(一)泰勒表达法Rts/正三角s=Rfs/正三角s+Rrs/正三角s=Rtm/正三角m-（Rfm/正三角m-Rfs/正三角s）=Rtm/正三角m-(Fr2)*(1/2Ss)/(CbBsTs)(Cfm-Cfs-正三角Cf)(二)傅汝德圆圈系数表达法几何尺度系数：长度系数圆圈M=L/倒三角1/3； 宽度系数圆圈B=B/倒三角1/3； 吃水系数圆圈D=T/倒三角1/3； 湿表面积圆圈S=S/倒三角1/3。 对于船模和实船，相应的系数必定相等。速度表达系数：圆圈P=V/(gCpL/2)=(g入/2)/(gCpL/2)=(入/CpL) (CpL为船首横波第一个波结点到船尾横波第一个波谷间距) 圆圈K=V/(g/2)*1/2*倒三角1/3)=(4/g)*(V/倒三角1/6) (船速V与波长为1/2*倒三角1/3的波速之比) 圆圈L=V/(g/2)*L/2)=(4/g)*(V/L)阻力表达系数：圆圈C=(Rt/正三角)*(1000/圆圈K2)=(125/)*Re/(1/2PV2倒三角(2/3) （显示峰谷等重要特征，防止阻力曲线陡直）摩擦阻力系数：圆圈F=(Rf/正三角)*(1000/圆圈K2)剩余阻力系数：圆圈R=(Rr/正三角)*(1000/圆圈K2) 圆圈C=Ct*125/*圆圈S 圆圈Cs=圆圈Cm-125/*圆圈S(Cfm-Cfs-正三角Cf）4、为何几何相似船与船模速度相应时，k值相等？k=Cpv/Cf 或 1+k=Cv/Cf=(Rv*1/2*pV2S)/(Rv*1/2*pV2S)k为形状系数，(1+k)为形状因子，仅与船体形状有关第七章1、研究船型对阻力的影响为何要划分速度级？如何划分？ 船型对阻力性能的影响是与船速密切相关的，在不同速度范围内，船型参数对阻力的影响程度上，本质上均有差别。因此，所谓阻力性能良好是对某一定速度范围而言，对于不同速度范围内的船舶，影响船体阻力的主要参数应该是不同的。 目前研究一般水面排水型船的阻力问题，较普遍的是按照傅汝德数将各类船舶分为：(1)：低速船(Fr0.20)航速较低，兴波阻力小，其总阻力中摩擦阻力与粘压阻力占主要部分。因此在设计这类船舶时，重点在于减小摩擦阻力与粘压阻力。摩擦阻力主要决定于船体湿面积，因而形状一般比较肥短，但是易于产生漩涡，必须注意去流段设计。(2)：中速船(0.20Fr0.30)航速较低速船有所增大，兴波阻力成分随之增大。一方面要适当选择船型参数以造成首尾波系有利于干扰；另一方面，船型适当趋于瘦削，避免产生大量漩涡，有利于减小Rpv。(3)：高速船(0.30Fr)高速船兴波阻力是总阻力的主要成分，设计中力求减小兴波阻力，一般高速船兴起的波浪长度较长，首尾波系在船尾产生有力干扰的可能性很小，所以设计时致力于减小船首波系的波高，因而这类船都较瘦长以减小兴波阻力。2、船舶不同参数对船舶阻力的影响(1)在一定正三角时，改变L 对于低速船Rf占主要阻力成分，Rr所占比例较小，增大L，湿表面积S增大，Rf增大。虽然(船型瘦长)B和T较小，兴波阻力下降，Rr减小，但减小不大，总阻力几乎不下降，L过大时反而增大。 对高速船，Rr所占比例很大，总阻力减小，但随L继续增大，总阻力下降趋势减缓，至最低点后反而增加。(2)船长L一定时，排水量增大，Rf/正三角减小，Rr/正三角影响增大 对低速船，正三角增大，对Rr/正三角影响不大，Rf/正三角下降，从而Rt/正三角下降。 对高速船，Rr/正三角有明显增加，兴波阻力增大，Rt/正三角增大。(3)B/T对Rf、Rt的影响不大。B/T对Rr的影响依B、T各自影响大小而定：B增加，散波波高增加；T增加，横波波高增加，一般B/T增加，Rr(Rw)增加。(4)Cp对摩擦阻力影响很小，低速时(Fr0.20):Rw极小，故Cp影响小；中速时(0.20Fr0.30)Cp适当大，Rr反而小。(5)横剖面系数Cm中速船Cm取大为好。(Cb一定时Cp小)高速船Cb给定时，Cm选择使Cp接近最佳值。(Cm对R影响小取决于Cb，Cb大，Cm大)(6)方形系数Cb=倒三角/BLT Cb增大，Rt/倒三角随之增大，从某一Cb开始Rt/倒三角增加更快，对中速船尤为明显。当速度范围内较小方形系数对应较低阻力(对中低速船，Cb对Rf影响小，对高速船，Cb对Rf影响大，对Rr影响大，阻力增加不很大的前提下选择大的Cb)(7)水线面系数Cwp Vs增大，Cwp下降，Cwp大，倒三角靠近水面，Rw大。3、熟悉Toylor系列船舶的组成和应用 Toylor系列的母型是一艘阻力性能优良的军舰，泰勒系列适用于军舰和双桨民船。 应用泰勒系列图谱估算阻力和有效功率，步骤如下：(1)计算设计船的船型参数:B/T,Cp,1000*倒三角/L3,Fn,Re,k=(B/T-3.0)/0.75或(3.0-B/T)/0.75(2)有计算的B/T值，在Cs图谱上根据Cp，1000*倒三角/L3查图并插值求出Cs(3)采用桑海公式0.242/Cf=lg(Re-Cf) 正三角Cf取0.4*10-3(4)计算剩余阻力系数Cr 若设计船的湿表面积S已知，则设计船的湿表面积系数Cs=S(倒三角*L) 当Cs不等于Cs时，对Cr进行修正，修正后Cr=Cr*Cs/Cs 若不知S，则假定Cs=Cs，Cr=Cr(5)计算总阻力系数 Cts=Cf+正三角Cf+Cr(6)计算Rts=Cts*1/2PsSsVs2;EHP=Rts*V/75(hp);Pe=Rts*V/1000(kW)泰勒系列图谱有Cr=f1(B/T,Cp,倒三角/L3,Fr) Cr=f2(倒三角/L3,Fr) Cs=f3(B/T,Cp,倒三角/L3) Cs=f4(Cp,倒三角/L3)4、排水量长度系数正三角/(L/1003)对阻力的影响？设计时选取船长的原则是什么？排水量长度系数d=正三角/(L/1003)，又称修长系数，表征船体瘦长程度。中低速船的d宜取适当大一些，随着Vs增加，降低d值对阻力性能有利。高速船的d较低速船要小得多，所以高速船型瘦长，低速船肥短由于d对Rf，Rr两种阻力成分产生相反的影响，因此，实际上对于定航速船存在一个对应于最低阻力的最佳d值，而对应不同航速存在d最佳曲线船长选取原则：1、满足总布置要求；2、阻力性能良好；3、满足操纵性要求；4、经济性：在Lopc附近选取Lmin，以减少造价；5、载重量5、B/T对阻力有何影响B/T对Rf、Rt的影响不大。B/T对Rr的影响依B、T各自影响大小而定：B增加，散波波高增加；T增加，横波波高增加，一般B/T增加，Rr(Rw)增加。低速船，B/T增加0.1，Rt增加0.5%-0.75%，高速船相应增加要大一些。B/T的设计往往不是依据阻力性能，而是从船的稳性、布置、航道水深限制等方面予以确定。适当增大B，以减小L/B,增大B/T降低Cb使阻力有所减小，且利用重量减轻使造价下降，且B增加，稳性增加；T下降，水深限制缩小。6平行中体对阻力有何影响？选取原则？ 排水体积一定，适当设置平行中体可使船首尾两端瘦削，在中低速情况下，对减小兴波阻力和粘压阻力有利。但由于平行中体的存在形成“前肩”和“后肩”，易产生肩波和漩涡。对于中低速船，适当采用平行中体对阻力性能是有利的。对高速船，如果没有平行中体，必然使船首过分瘦削，水线成S形，在较高航速时，首部波浪水压力的水平分量增大，因而阻力增大，同时由于高速时产生肩波系和肩部附近的严重漩涡使阻力性能恶化。所以高速船不宜设置平行中体。故随航速增高，平行中体长度随之缩短。所以应依据一定原则选取。(1)最佳平行中体长度主要与船速有关(2)航速增加，兴波阻力成分增大，为避免肩波系与船首波系发生不良干扰，进流段Le有一定长度平行中体长度逐渐后移接近船中央处，故平行中体位置同样与航速有关。V/L0.85不宜设置平行中体根据进流段长度可确定平行中体的位置亦可根据最短进流段和最短去流段要求确定平行中体的长度Le=0.257Vs2 即Le/Lmin=9.474Fr2Lr=4.08Am 即Lr/Lmin=4.08*B/T*(Cm*T/B)因此最佳平行中体长度和位置还与L/B、B/T、Cm等有关7.球鼻首作用？机理？主要参数？球鼻首得主要作用是减阻，另外还有利于提高推进效率，但其效果一般不如降低阻力那样显著。不同速度和形状的船舶，其球鼻首的减阻机理是不同的。(1)减小兴波阻力。对于Fr在0.27-0.34之间的中高速船，安装球鼻首可以减少兴波阻力。这是因为当球鼻首的大小和位置选择恰当时，在一定的速度范围内，球鼻首产生的波系与船体波系发生有利的干扰作用，使合成波的波高降低，从而减小了兴波阻力。(2)减小舭涡阻力。肥大船型在航行时，通常在船首底部会发生大量漩涡，并产生埋首现象，从而增大阻力。这是由于舷侧的水流绕过舭部斜向进入船底，与船底原来向后的水流交叉相混，形成漩涡。安装具有整流作用得合适球鼻首后，可以改善首部流场，减低舭涡阻力和减少埋首现象。(3)减小破波阻力。肥大船在压载航行时，首部水流情况容易恶化，所以破波阻力相当明显。安装球鼻首后，首部船体前伸，该处横剖面面积曲线的陡度和首部水线半进流角减少，这可改善船首附近的水压力分布，因而缓和了船首破波情况，降低了破波阻力。主要参数：1).相对突出长度 Lb/Lbp Lb：球鼻最前端主首柱 Lbp：两柱间长2).相对浸深 hb/T hb：球鼻首中心或球鼻首最前点或最大宽度处距静水距离3).最大宽度比 bmax/B bmax：首柱处球鼻横剖面面积4).球鼻面积比 Afb/Aa Afb：首柱处的球鼻首横剖面面积5).相对排水体积比6/倒三角 6:球鼻首所增加的排水体积8、肥瘦两船排水量一样，高速航行/低速航行哪个马力大？肥船B大L小，正三角/(0.01L)3大，B/T大瘦船B小L大，正三角/(0.01L)3小，