第06章 船型对阻力的影响

1、船舶阻力第六章第六章 船型对阻力的影响船型对阻力的影响6.1 6.1 船型对阻力影响的概念船型对阻力影响的概念6.2 6.2 船体主尺度的影响船体主尺度的影响6.3 6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响6.4 6.4 横剖面面积曲线形状的影响横剖面面积曲线形状的影响6.5 6.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响6.6 6.6 首尾端形状的影响首尾端形状的影响2/56.1 6.1 船型对阻力影响的概念船型对阻力影响的概念一、船型、航速与阻力的关系一、船型、航速与阻力的关系二、确定影响阻力的船型参数二、确定影响阻力的船型参数三、船型对阻力影响的研究方法三、船型对阻力影响的研究方法 本

2、章在船模试验和实船试航的基础上讨论本章在船模试验和实船试航的基础上讨论船型对阻力船型对阻力的影响的影响。便于设计出阻力较低的船型参数；同时也可对某。便于设计出阻力较低的船型参数；同时也可对某些给定参数船舶的阻力性能进行分析。些给定参数船舶的阻力性能进行分析。1/1一、船型、航速与阻力的关系一、船型、航速与阻力的关系1/5 船型对阻力的影响与船型对阻力的影响与船速船速密切联系的。不同速度范围密切联系的。不同速度范围(低速、中速、高速低速、中速、高速)，船型参数对阻力的影响不仅，船型参数对阻力的影响不仅程度程度上上不同，甚至还有不同，甚至还有本质本质上的差别。因此，对于不同速度范围上的差别。因此，

3、对于不同速度范围内的船舶说来，影响船体阻力的主要船型参数应该是不同内的船舶说来，影响船体阻力的主要船型参数应该是不同的。的。船舶分类及其主要阻力成分船舶分类及其主要阻力成分2/5 一般一般水面水面排水型排水型船的阻力问题，普遍是按傅汝德数将船的阻力问题，普遍是按傅汝德数将各类船舶分为：各类船舶分为： 低速船低速船(Fr0.20)； 中速船中速船(0.20Fr0.30)； 高速船高速船(Fr0.30)。 各类船舶的速度范围不同，它们的各类船舶的速度范围不同，它们的主要阻力成分主要阻力成分不一不一样，样，船型船型设计所考虑的设计所考虑的侧重面侧重面也不相同。也不相同。低速船阻力低速船阻力3/5 低

4、速船航速较低，兴波阻力很小，其总阻力中摩擦阻低速船航速较低，兴波阻力很小，其总阻力中摩擦阻力与粘压阻力占主要成分，因此在设计这类船舶时，重点力与粘压阻力占主要成分，因此在设计这类船舶时，重点在于在于减小摩擦阻力和粘压阻力减小摩擦阻力和粘压阻力。 摩擦阻力主要决定于船体的摩擦阻力主要决定于船体的湿面积湿面积，因而这类船的形，因而这类船的形状比状比较肥短较肥短，其目的是为了获得较小的船体湿表面积以减，其目的是为了获得较小的船体湿表面积以减小摩擦阻力。小摩擦阻力。 但这类船的尾部易于产生旋涡，因此必须注意但这类船的尾部易于产生旋涡，因此必须注意去流段去流段的设计，以防止粘压阻力的增大。的设计，以防止

5、粘压阻力的增大。中速船阻力中速船阻力4/5 中速船随航速增加，兴波阻力成分随之增大，在设中速船随航速增加，兴波阻力成分随之增大，在设计过程中既要注意减小兴波阻力，又要防止其他阻力成计过程中既要注意减小兴波阻力，又要防止其他阻力成分的增长。分的增长。 为此，一方面要恰当地选择为此，一方面要恰当地选择船型参数船型参数以造成以造成首尾波首尾波系系的的有利干扰有利干扰，另一方而，另一方而，船型船型适当地趋于适当地趋于瘦削瘦削，以避，以避免产生大量旋涡。有利于减小粘压阻力。免产生大量旋涡。有利于减小粘压阻力。高速船阻力高速船阻力 高速船的高速船的兴波阻力兴波阻力是总阻力中的主要成分，有时可是总阻力中的主

6、要成分，有时可达达50以上。设计中应力求减少兴波阻力。以上。设计中应力求减少兴波阻力。 一般，高速船兴起的波浪长度都比较长，首尾波系一般，高速船兴起的波浪长度都比较长，首尾波系在船尾产生有利干扰的可能性很小，所以在设计时致力在船尾产生有利干扰的可能性很小，所以在设计时致力于于减小船首波减小船首波系的波高。因而这类船都比较系的波高。因而这类船都比较廋长廋长，特别，特别是是前体前体更甚，其目的就在于尽可能减小兴波阻力。更甚，其目的就在于尽可能减小兴波阻力。5/5 2gC 波速二、确定影响阻力的船型参数二、确定影响阻力的船型参数1/5 由船舶阻力相似定律知，若考虑船型变化，则总阻力由船舶阻力相似定律

7、知，若考虑船型变化，则总阻力系数表达式可写为：系数表达式可写为：Ctf(Re, Fr, 船型参数船型参数) 其中，船型参数主要包括三个方面：其中，船型参数主要包括三个方面：1. 1. 主尺度比主尺度比2. 2. 船型系数船型系数3. 3. 船体形状船体形状1. 1. 主尺度比主尺度比 主尺度比主要有：长宽比主尺度比主要有：长宽比L/B，宽度吃水比，宽度吃水比B/T，长度，长度吃水比吃水比L/T。 当当L/B，B/T确定后，确定后，L/T随之而定，故随之而定，故L/T不作独立参不作独立参数。数。2/5 有方形系数有方形系数Cb、棱形系数、棱形系数Cp、中横剖面系数、中横剖面系数Cm、排、排水体积

8、长度系数水体积长度系数/L3 (或排水量长度系数或排水量长度系数/(0.01L)3，或长，或长度排水体积系数度排水体积系数L/1/3)等。等。 上述六个船型参数，存在如下关系：上述六个船型参数，存在如下关系： CpCb/Cm；2. 2. 船型系数船型系数)/()()(2233TBBLCCLBTCCLLACLmpmpmp 故可取故可取4个作个作独立参数独立参数。由于。由于/L3代表了船的排水体积代表了船的排水体积和船长之间的关系，较和船长之间的关系，较L/B更能表示船体的肥瘦程度，所以更能表示船体的肥瘦程度，所以一般取一般取/L3；在船型系数中，除；在船型系数中，除Cm外，根据所讨论的船舶，外，

9、根据所讨论的船舶，可在可在Cp、Cb中选一个；加上中选一个；加上B/T 。3/5 横剖面面积曲线横剖面面积曲线的形状：可由浮心纵向位置的形状：可由浮心纵向位置xB，平，平行中体长度行中体长度Lp和位置，以及曲线两端的形状来表征。和位置，以及曲线两端的形状来表征。 满载水线面满载水线面的形状：可以由满载水线面的面积，满的形状：可以由满载水线面的面积，满载水线平行中段，满载水线首尾端的形状以及满载水线载水线平行中段，满载水线首尾端的形状以及满载水线首端半进角等因素表征。首端半进角等因素表征。 首尾形状首尾形状：包括首尾横剖面形状和纵剖面形状。：包括首尾横剖面形状和纵剖面形状。3. 3. 船体形状船

10、体形状4/53900纵 剖 线3900纵 剖 线2600纵 剖 线1300纵 剖 线2(26)3(22.75)2(26)4(19.5)5(16.25)6(13)3(22.75)4(19.5)5(16.25)6(13)7(9.75)7(9.75)8(6.5)8(6.5)9(3.25)9(3.25)101011(3.25)11(3.25)12(6.5)12(6.5)13(9.75)13(9.75)14(13)14(13)15(16.25)15(16.25)16(19.5)16(19.5)17(22.75)17(22.75)18(26)18(26)19(29.25)19(29.25)20(32.5)

11、20(32.5)1300纵 剖 线2600纵 剖 线1(29.25)1(29.25)0(32.5)0(32.5)基 线500水 线1000水 线1500水 线基 线500水 线1000水 线1500水 线2000水 线2500水 线2000水 线2500水 线3000水 线3000水 线3400水 线3400水 线4000水 线主 甲 板 边 线艏 楼 甲 板 边 线舷 墙 顶 线4000水 线主 甲 板 边 线基 线500水 线1000水 线1500水 线2000水 线2500水 线3000水 线3400水 线3400水 线3000水 线2500水 线2000水 线1500水 线1000水

12、线500水 线基 线4000水 线2600纵 剖 线3900纵 剖 线1300纵 剖 线主 甲 板 边 线外 板 顶 线艏 楼 甲 板 边 线艏 楼 外 板 顶 线艏 楼 甲 板 边 线艏 楼 甲 板 顶 线舷 墙 顶 线艏 楼 甲 板 边 线主 甲 板 边 线051015202530354045505560657075808590951001051104000水 线1300纵 剖 线2600纵 剖 线3900纵 剖 线中 纵 剖 线中 纵 剖 线23001000013001300260039002600390050010001500200025003000340040004000340030

13、0025002000150010005000123456尾封板7891011121415161718192013主甲板边线艏楼甲板边线主甲板边线n4确定影响阻力的船型参数确定影响阻力的船型参数5/5 综上所述，考虑船型影响，船舶总阻力系数可表示为：综上所述，考虑船型影响，船舶总阻力系数可表示为： Ctf (/L3, B/T, Cp, Cm, 船体形状船体形状, Fr) 式中没有考虑式中没有考虑Re的影响，因为在一定范围内改变船型的影响，因为在一定范围内改变船型对摩擦阻力影响甚小，且摩擦阻力可以通过计算得到；而对摩擦阻力影响甚小，且摩擦阻力可以通过计算得到；而Fr对剩余阻力有较大影响。对剩余阻力

14、有较大影响。三、船型对阻力影响的研究方法三、船型对阻力影响的研究方法1/4 目前还不能用理论计算法确定船型诸参数对船体阻力目前还不能用理论计算法确定船型诸参数对船体阻力的影响，所以现在主要手段是船模系列试验。的影响，所以现在主要手段是船模系列试验。 船模系列试验，就是对所研究的问题，选定船模系列试验，就是对所研究的问题，选定母型母型船，船，并并系统地变化系统地变化影响船体阻力的影响船体阻力的船型参数船型参数，构成系列船模，构成系列船模，进行拖曳试验，根据试验结果分析得出船型参数对阻力影进行拖曳试验，根据试验结果分析得出船型参数对阻力影响的关系。响的关系。 派生系列船模派生系列船模的方法有以下两

15、种：的方法有以下两种：1. 1. 仿射变化法仿射变化法2. 2. 改变线型特征法改变线型特征法1. 1. 仿射变化法仿射变化法2/4 将船体表面上各将船体表面上各对应坐标对应坐标分别分别按一定比例放大或缩小按一定比例放大或缩小，从而得到不同的系列船模。从而得到不同的系列船模。 例如，将母型船横剖面的例如，将母型船横剖面的宽宽和和高高都乘以常数都乘以常数K，L不不变，即可得到一组仅变，即可得到一组仅/(0.01L)3不同的船模。不同的船模。 如将横剖面的如将横剖面的宽宽乘以常数乘以常数K，而将，而将高高乘以乘以1/K， 及及L不变，可导得另一组仅不变，可导得另一组仅B/T不同的船模。不同的船模。

16、 而将这两种变化合并，则可导得一组而将这两种变化合并，则可导得一组/(0.01L)3和和B/T都不同的船模。但必须注意，这组船模的都不同的船模。但必须注意，这组船模的棱形系数棱形系数Cp是完全相同的，也就是说如以船中横剖面面积为是完全相同的，也就是说如以船中横剖面面积为100所所绘制的横剖面面积曲线完全相同。绘制的横剖面面积曲线完全相同。 Ctf (/L3, B/T, Cp, Cm, 船体形状船体形状, Fr)2. 2. 改变线型特征法改变线型特征法 例如要得到例如要得到Cp不同的船模，则要另绘制一新的横剖不同的船模，则要另绘制一新的横剖面面积曲线。如图中虚线所示，将母型船模相当于面面积曲线。

17、如图中虚线所示，将母型船模相当于 ab 位位置的横剖面向前移至置的横剖面向前移至 cd 处，这样可以得到另一组与母型处，这样可以得到另一组与母型船模相比，不仅船模相比，不仅/(0.01L)3不同，而且不同，而且Cp也不同的新船模。也不同的新船模。3/4典型船模试验系列典型船模试验系列 著名的船模系列试验研究有：著名的船模系列试验研究有： 泰洛泰洛(Taylor)标准组船模系列标准组船模系列(军舰为母型军舰为母型) 陶德陶德系列系列60(单桨运输船为母型单桨运输船为母型)。4/46.2 6.2 船体主尺度的影响船体主尺度的影响一、排水量长度系数的影响一、排水量长度系数的影响二、宽度吃水比的影响二

18、、宽度吃水比的影响1/1一、排水量长度系数的影响一、排水量长度系数的影响 排水量长度系数排水量长度系数/(0.01L)3又称又称瘦长系数瘦长系数，表示船舶，表示船舶的瘦长程度，该系数小表示船体瘦长。该参数的变化可由的瘦长程度，该系数小表示船体瘦长。该参数的变化可由以下两种情况引起。以下两种情况引起。 1. 排水量、船中横剖面系数排水量、船中横剖面系数Cm、Cp、B/T都保持不都保持不变，则排水量长度系数的变化，由变，则排水量长度系数的变化，由同时改变同时改变宽度宽度和和吃水吃水并并相应改变相应改变船长船长L而得到。而得到。 2. 船长船长L、Cm、Cp、B/T均保持不变，则排水量长度均保持不变

19、，则排水量长度系数的变化，由系数的变化，由同时改变同时改变B和和T以致以致变化而得到。变化而得到。1/2排水量长度系数的影响排水量长度系数的影响1. 1. 船长船长L L变化变化2. 2. 排水量变化排水量变化3. 3. 排水量长度系数选取排水量长度系数选取2/21. 1. 船长船长L L变化变化 船长船长L变化变化，讨论，讨论/(0.01L)3的影响的影响对摩擦阻力的影响。对摩擦阻力的影响。 因于湿面积按因于湿面积按S=CsL估算，当估算，当Cm、Cp、B/T不变不变时，时，Cs近似为常数，故排水量一定时，近似为常数，故排水量一定时，S与与L1/2成正比。成正比。 所以，船长增大，湿面积增加

20、，而一般船长增大时，所以，船长增大，湿面积增加，而一般船长增大时，1/6由由Re增大所引起的摩擦阻力系数增大所引起的摩擦阻力系数的减小是极微的。因此的减小是极微的。因此增大船长增大船长(或减小或减小/(0.01L)3)将使将使摩擦阻力摩擦阻力增加增加。L- Rf Re=LV/ 桑地桑地Cs=f (B/T,Cm) 对剩余阻力的影响对剩余阻力的影响 2/6 排水量一定，增加船长排水量一定，增加船长L，必定要求，必定要求B、T同时减小，同时减小，因而因而L/B增大，船型变得较瘦长。船型瘦长，粘压阻力下增大，船型变得较瘦长。船型瘦长，粘压阻力下降；兴波阻力也下降。降；兴波阻力也下降。 显然，显然，一定

21、一定，增加增加L将使将使剩余阻力下降剩余阻力下降，下图是泰，下图是泰洛的试验结果，随着洛的试验结果，随着L增加，剩余阻力增加，剩余阻力Rr下降相当明显。下降相当明显。NoL(m)B(m)T(m)Am(m2)1169.113.04.4553.602142.714.164.8563.543121.915.325.2474.324103.716.605.6887.33593.0217.526.0097.45L- Rr 对总阻力的影响对总阻力的影响3/6 一定，增长一定，增长L的结果使摩擦阻力的结果使摩擦阻力Rf 和剩余阻力和剩余阻力Rr产产生完全相反的影响，因而对总阻力的影响取决于生完全相反的影响，

22、因而对总阻力的影响取决于Rf 与与Rr两者增减的数值。两者增减的数值。 不同航速不同航速的船舶，的船舶，Rf 和和 Rr占总阻力的比重不同，所占总阻力的比重不同，所以船长对总阻力的以船长对总阻力的影响也不同影响也不同。4/6a)a)低速船低速船 低速船低速船 Rf 占总阻力的占总阻力的70以上；以上；Rr所占比例较小。因所占比例较小。因此当排水量一定时，此当排水量一定时，增长增长L，剩余阻力的减小值不大，总阻，剩余阻力的减小值不大，总阻力几乎不下降，如果力几乎不下降，如果L过大，总阻力反而增大。因此，低速过大，总阻力反而增大。因此，低速船的船的 L 尽量取小些，尽量取小些，使使/(0.01L)

23、3尽量大些，尽量大些，船型短而肥。不仅对船型短而肥。不仅对阻阻力力有利，而且从有利，而且从增大舱增大舱容容，降低造价降低造价等均有利。等均有利。L- Rf L- Rr 5/6b)b)高速船高速船 高速船高速船Rr占总阻力的比例很大。当、占总阻力的比例很大。当、vs 一定时，一定时，随着船长增大，会出现与总阻力最低点对应的随着船长增大，会出现与总阻力最低点对应的最佳船长最佳船长Lopt。 应该指出：航速应该指出：航速vs 一一定，在最佳船长附近的一定定，在最佳船长附近的一定范围内，其阻力并无多大差范围内，其阻力并无多大差异。所以常选用阻力变化不异。所以常选用阻力变化不大的大的最短船长最短船长，以

24、便降低造，以便降低造价。价。L- Rf L- Rr 选择船长须考虑的要求选择船长须考虑的要求a) 布置布置要求：舱室布置满足船舶使用要求要求：舱室布置满足船舶使用要求;b) 阻力阻力性能：尽量选择船体阻力性能良好的船长。性能：尽量选择船体阻力性能良好的船长。c) 操纵性操纵性；船长与操纵性关系密切，船过长，回转性差，；船长与操纵性关系密切，船过长，回转性差，需考虑港口、航道内的操纵性问题。需考虑港口、航道内的操纵性问题。d) 经济性经济性：在最佳船长范围内尽量选用阻力变化不大的：在最佳船长范围内尽量选用阻力变化不大的最短船长以降低船体造价。最短船长以降低船体造价。6/6 此外，船体长度也可此外

25、，船体长度也可按照经验公式估算按照经验公式估算，然后再用，然后再用阻力阻力理论校验理论校验确定。确定。 船长船长L一定，讨论一定，讨论/(0.01L)3对阻力的影响，与讨论排对阻力的影响，与讨论排水量变化对阻力的影响是一致的。水量变化对阻力的影响是一致的。 对摩擦阻力的影响对摩擦阻力的影响 L一定时，有：一定时，有：2. 2. 排水量变化排水量变化1/5 1LSRf由此，由此，增大排水量增大排水量，单位排水量摩擦阻力，单位排水量摩擦阻力Rf /将将减小减小。- Rf / 船长船长L不变不变，增大排水量增大排水量靠同时增大靠同时增大B, T实现，因实现，因此船型变肥，所以，不但兴波阻力增大，而且

26、粘压阻力此船型变肥，所以，不但兴波阻力增大，而且粘压阻力亦增大，剩余阻力亦增大，剩余阻力Rr必然增大。必然增大。 下图为泰洛系列船模资料在较低速度下图为泰洛系列船模资料在较低速度(Fr=0.208)和和较高速度较高速度(Fr=0.298)时，单位排水量剩余阻力时，单位排水量剩余阻力Rr/曲线。曲线。 对剩余阻力的影响对剩余阻力的影响2/5 低速船低速船, 棱形系数棱形系数Cp0.7,随随/(0.01L)3增加，单位排水增加，单位排水量剩余阻力量剩余阻力Rr/几乎保持常几乎保持常数。因此可认为：数。因此可认为：增加增加对对Rr/的影响不大。的影响不大。a)a)低速船低速船3/5- Rr /不变不

27、变b)b)高速船高速船 高速船，的影响相当敏高速船，的影响相当敏感，随感，随/(0.01L)3增大，增大，Rr/有明显增加。有明显增加。 这是因为高速船的兴波阻这是因为高速船的兴波阻力成分较大。当力成分较大。当船型船型变得变得丰满丰满时，时，兴波阻力明显增大兴波阻力明显增大。4/5- Rr / 对总阻力的影响对总阻力的影响 /(0.01L)3的的变化对变化对Rt/的影响的影响，同样同样受制于船受制于船速速。 低速船低速船：当：当增大增大/(0.01L)3时，在总阻力中占主要成时，在总阻力中占主要成分的分的Rf /将减小，而将减小，而Rr/却几乎不受影响。因此却几乎不受影响。因此，/(0.01L

28、)3尽可能取大些，以便尽可能取大些，以便Rt/值有所下降值有所下降。 高速船高速船：剩余阻力剩余阻力Rr/在总阻力中占重要比重，且在总阻力中占重要比重，且其受其受/(0.01L)3的影响较之的影响较之Rf/更为显著更为显著。所以一般，应所以一般，应减小减小/(0.01L)3，使，使Rr/下降，下降，Rt/亦下降亦下降。5/5- Rf /- Rr /不变不变- Rf /- Rr /3.3.排水量长度系数选取排水量长度系数选取1/2低、中速船低、中速船的的/(0.01L)3适当取大适当取大些；但些；但随着航速增随着航速增大，降低大，降低/(0.01L)3值对阻力值对阻力性能是性能是有利有利的。的。

29、高速船高速船的的/(0.01L)3较低速船要小得多，所以高速船较低速船要小得多，所以高速船船型瘦长，低速船短而肥。船型瘦长，低速船短而肥。由于由于/(0.01L)3的变化对的变化对摩擦阻力摩擦阻力和和剩余阻力剩余阻力成分产成分产生相反的影响，因此对于给定航速的船存在一个对应于最生相反的影响，因此对于给定航速的船存在一个对应于最低阻力的低阻力的/(0.01L)3最佳点最佳点。而对应于不同航速应该存在。而对应于不同航速应该存在/(0.01L)3的的最佳曲线最佳曲线。最佳排水量长度系数和棱形系数范围最佳排水量长度系数和棱形系数范围 桑地桑地(sundy)给出的接近最给出的接近最佳曲线的排水佳曲线的排

30、水量长度系数和量长度系数和棱形系数棱形系数Cp的的设计范围。设计范围。2/2二、宽度吃水比的影响二、宽度吃水比的影响1/6 B/T是表征船体的是表征船体的扁平程度扁平程度。若船的。若船的排水量排水量、长长度和度和棱形系数棱形系数保持保持不变不变，改变船，改变船宽宽(乘乘K)，并按倒数关系来改，并按倒数关系来改变变吃水吃水(乘乘1/K)，这样所得的一组船模可以分析研究，这样所得的一组船模可以分析研究 B/T对对阻力的影响。阻力的影响。1. B/T1. B/T对摩擦阻力的影响对摩擦阻力的影响2. B/T2. B/T对剩余阻力的影响对剩余阻力的影响3. B/T3. B/T对总阻力的影响对总阻力的影响

31、4. B/T4. B/T的选择的选择1. 1. B/TB/T对摩擦阻力的影响对摩擦阻力的影响2/6 讨论讨论B/T对摩擦阻力的影响，亦即讨论对摩擦阻力的影响，亦即讨论B/T变化对湿面变化对湿面积的影响，图中结出了不同方形系数积的影响，图中结出了不同方形系数Cb时，对应的时，对应的最小湿最小湿面积面积Smin与与Cb的关系。的关系。 由图知，改变由图知，改变B/T对对湿面积影响并湿面积影响并不很敏感不很敏感。因而可近似认为在因而可近似认为在 B/T= 2.25 3.75的实用范围内的实用范围内变化时，其湿面积的增变化时，其湿面积的增加约为加约为2.5，故可认为，故可认为B/T对摩擦阻力影响很小对

32、摩擦阻力影响很小。2. 2. B/TB/T对剩余阻力的影响对剩余阻力的影响3/6 通常船宽通常船宽B增大增大，船体，船体的的散波波高增大散波波高增大；吃水；吃水T增增大大时时横波的波高增大横波的波高增大。而改。而改变变B/T是由是由B、T两者相反变两者相反变化而得，因此两者对兴波的化而得，因此两者对兴波的影响，反映对剩余阻力有相影响，反映对剩余阻力有相反影响作用。反影响作用。 右图是泰洛系列试验结右图是泰洛系列试验结果。一般随着果。一般随着B/T减小减小，剩剩余阻力余阻力趋于趋于减小减小，但在有的，但在有的速度范围内却速度范围内却反而增加反而增加。B/TB/T对剩余阻力的影响对剩余阻力的影响4

33、/6 由于吃水对形成横波的由于吃水对形成横波的作用大，故作用大，故B/T小的船小的船(实线实线)横波影响明显。其波阻力曲横波影响明显。其波阻力曲线的峰点和谷点较线的峰点和谷点较 B/T 大的大的船更明显。即在船更明显。即在峰点峰点附近较附近较 B/T大者有所大者有所增加增加；而在；而在谷谷点点附近其阻力附近其阻力下降下降更甚。更甚。3 3. . B/TB/T对总阻力影响对总阻力影响 如上所述，如上所述，B/T对总阻力的影响作用不大对总阻力的影响作用不大，试验统计，试验统计表明表明： 低中速船低中速船：在常用的在常用的B/T范围内，当范围内，当B/T值增加值增加 0.1时，时，将使总阻力增加将使

34、总阻力增加 0.50 0.75； 高速船高速船：在常用的在常用的B/T范围内，当范围内，当B/T值增加时，将值增加时，将使总阻力增加大使总阻力增加大一一些。些。5/64. 4. B/TB/T的选择的选择 在船舶设计中，在船舶设计中，B/T的选择往往的选择往往不取决阻力性能不取决阻力性能，而是，而是从船的从船的稳性稳性、布置布置、航道、航道水深水深等方面的要求予以确定。等方面的要求予以确定。 近代货船和油船的设计趋势是适当增大近代货船和油船的设计趋势是适当增大B，以减小，以减小L/B值、增大值、增大B/T，相应地降低，相应地降低Cb。这样不但能使。这样不但能使阻力阻力有所减有所减小，而且有利于船

35、体小，而且有利于船体结构重量结构重量的减轻和降低的减轻和降低造阶造阶，提高，提高稳稳性性，满足航道和港口，满足航道和港口水深水深的限制。的限制。 这种在排水量一定的前提下，选用较大的这种在排水量一定的前提下，选用较大的B/T值和较小值和较小的方形系数的措施，在不少设计中已取得成功。的方形系数的措施，在不少设计中已取得成功。6/66.3 6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响一、棱形系数的影响一、棱形系数的影响二、中横剖面系数的影晌二、中横剖面系数的影晌三、方形系数的影响三、方形系数的影响1/1一、棱形系数的影响一、棱形系数的影响 棱形系数棱形系数Cp表征表征排水体积沿船长方向的分布排水体

36、积沿船长方向的分布情况。情况。排水体积和船长排水体积和船长L一定，一定，Cp小小表示排水体积集中于船表示排水体积集中于船中部，船首尾端瘦削；中部，船首尾端瘦削；Cp大大表示排水体积沿船长方向分表示排水体积沿船长方向分布较均匀，船首尾两端较丰满。布较均匀，船首尾两端较丰满。1/11. 1. 棱形系数对阻力的影响棱形系数对阻力的影响2 2最佳棱形系数曲线最佳棱形系数曲线3 3确定棱形系数的经验公式确定棱形系数的经验公式1. 1. 棱形系数对阻力的影响棱形系数对阻力的影响 Cp对摩擦阻力的影响。对摩擦阻力的影响。 当船的排水量和长度不变时，由于改变棱形系数所引起当船的排水量和长度不变时，由于改变棱形

37、系数所引起的船形变化对船体的船形变化对船体湿面积湿面积的影响是很小的，一般的影响是很小的，一般Cp对对摩擦摩擦阻力阻力的影响可的影响可不予考虑不予考虑。1/4 棱形系数对剩余阻力的影响棱形系数对剩余阻力的影响2/4 Cp对剩余阻力影响很大。对剩余阻力影响很大。 低速低速Fr0.20，棱形系数小，棱形系数小，剩余阻力亦小，剩余阻力亦小，Cp影响极小。影响极小。中速中速0.20Fr0.30，取过小的棱形，取过小的棱形系数并不利，适当取系数并不利，适当取Cp，其，其剩余阻力反而低。剩余阻力反而低。棱形系数对剩余阻力的影响棱形系数对剩余阻力的影响 棱形系数棱形系数表示船体表示船体首尾端的肥瘦首尾端的肥

38、瘦情况，它对剩余阻力情况，它对剩余阻力的影响主要与的影响主要与不同航速时的兴波不同航速时的兴波有关：有关： 低速低速时，由于时，由于兴波阻力兴波阻力极小，因而棱形系数对阻力的极小，因而棱形系数对阻力的影响甚微影响甚微。 中速中速时，船的兴波作用主要在船时，船的兴波作用主要在船首尾两端首尾两端，棱形系数，棱形系数Cp小，首尾尖瘦，对减小兴波有利。同时，由于首波峰小，首尾尖瘦，对减小兴波有利。同时，由于首波峰3/4的高压区在首端附近，船首端部尖的高压区在首端附近，船首端部尖瘦，水压力在运动方向的分量较小瘦，水压力在运动方向的分量较小(图中图中R1R1)，阻力亦小。所以，阻力亦小。所以较小的较小的C

39、p值有利。值有利。棱形系数对剩余阻力的影响棱形系数对剩余阻力的影响 高速高速时，时，整个船体整个船体均产生较大的兴波作用，排水体均产生较大的兴波作用，排水体积沿船长分布比较均匀，则有利于缓和兴波作用。同时积沿船长分布比较均匀，则有利于缓和兴波作用。同时其首波峰位置将随航速提高而后移至横剖面面积曲线转其首波峰位置将随航速提高而后移至横剖面面积曲线转折点处，此时取适当大的折点处，此时取适当大的Cp值，有利于减小水压力在运值，有利于减小水压力在运动方向的分量，图中动方向的分量，图中R2R2，使阻力下降。所以，设计，使阻力下降。所以，设计时取适当大的棱形系数。时取适当大的棱形系数。4/42. 2. 最

40、佳棱形系数曲线最佳棱形系数曲线 可见，给定可见，给定/(0.01L)3时，每一个时，每一个Fr (或或v/L)有一对有一对应最小剩余阻力的最佳应最小剩余阻力的最佳Cp值。在整个速度范围内有一条最值。在整个速度范围内有一条最佳棱形系数曲线，称为佳棱形系数曲线，称为理论最佳理论最佳Cp曲线曲线。1/3 实船设计中，主要从船舶的实船设计中，主要从船舶的使用性使用性和和经济性经济性出发选取棱形系出发选取棱形系数值。对于数值。对于低速船低速船，实用上所取，实用上所取的的 Cp值远较理论最佳值远较理论最佳 Cp大。这大。这样阻力值增加不大，但可以得到样阻力值增加不大，但可以得到较大的排水量，提高了船舶的经

41、较大的排水量，提高了船舶的经济效益；济效益；最佳棱形系数曲线最佳棱形系数曲线 对对高速军舰高速军舰，照顾到经常使用的，照顾到经常使用的巡航巡航情况的情况的经济性经济性，所以实际选用的所以实际选用的Cp较理论最佳值低。图中也给出了实际较理论最佳值低。图中也给出了实际选用的最佳选用的最佳Cp值曲线，如虚线所示。值曲线，如虚线所示。2/3最佳棱形系数范围最佳棱形系数范围 最后，最后，由由阻力理论，对于给定的阻力理论，对于给定的/(0.1L)3，有有一条一条与之对应的与之对应的最佳最佳棱形棱形系数曲线系数曲线。实际设计中，实际设计中，/(0.1L)33/3有一定的选择范围，有一定的选择范围，因而棱形系

42、数的最因而棱形系数的最佳选择佳选择也也有一个相有一个相应的变化范围，应的变化范围，右右图表示了这两者的图表示了这两者的设计范围。设计范围。3 3确定棱形系数的经验公式确定棱形系数的经验公式1/3 楚思德楚思德(Troost)公式。公式。 1955年楚恩德基于荷兰船模试验池年楚恩德基于荷兰船模试验池20多年来许多多年来许多单单桨船模试验桨船模试验结果给出下列公式：结果给出下列公式：pbpsCLv6 . 185. 1 式中：式中：vs为海上持久速度，即服务速度为海上持久速度，即服务速度(kn)， 如给定试如给定试航速度航速度vt，则可按，则可按vt1.06vs估算。估算。Lbp垂线间长。垂线间长。

43、贝克贝克(Baker)(Baker)公式公式式中：式中：Vs为服务速度为服务速度(kn)，为排水量，为排水量(t)。 按贝克公式所得的按贝克公式所得的Cp为为极限值极限值，其意义表示，若棱，其意义表示，若棱形系数超过此值，或速度大于上述对应关系时，阻力将形系数超过此值，或速度大于上述对应关系时，阻力将迅速增加。迅速增加。2/36/11002. 1spvC 直接利用设计资料直接利用设计资料 实际棱形系数实际棱形系数可按前面可按前面Cp最佳范围图选取；也可由下最佳范围图选取；也可由下式计算：式计算： Cp=1.015-1.46 Fr Fr0.257vs2的要求。这样平行中体的的要求。这样平行中体的

44、中心中心将逐渐后将逐渐后移移接近船舯接近船舯。 结论：结论：平行中体平行中体的的长度长度和和位置位置与与航速航速等有关。等有关。3/6确定平行中体长度和位置确定平行中体长度和位置 V/L0.85(Fr0.253)，不宜设平行中体。下图根据试，不宜设平行中体。下图根据试验结果整理的验结果整理的平行中体长度平行中体长度Lp和和进流段长度进流段长度Le随随Fr或或Cb的变化图。根据进流段长度就可确定平行中体的位置。的变化图。根据进流段长度就可确定平行中体的位置。4/6确定平行中体长度和位置确定平行中体长度和位置 平行中体长度平行中体长度和和位置位置还可直接根据还可直接根据最短进流段最短进流段和和最短

45、最短去流段去流段要求而确定。由兴波阻力和粘压阻力知：要求而确定。由兴波阻力和粘压阻力知： 避免前肩波系干扰的避免前肩波系干扰的最短进流段最短进流段Le要求为：要求为： Le=0.257Vs2；(Le/L)min=9.474Fr2。 避免严重旋涡的最避免严重旋涡的最短去流段短去流段Lr要求为；要求为； Lr=4.08Am； (Lr/L)min=4.8B/LCmT/B。 式中：式中：Le,Lr(m)；Vs(kn)。5/6确定平行中体长度和位置确定平行中体长度和位置 由上述知，最佳由上述知，最佳平行中体平行中体长度和位置除主要与长度和位置除主要与航速航速有有关外，还与关外，还与L/B，B/T，Cm等

46、有一定关系。等有一定关系。 Fr0.24的船很少有采用平行中体。随着速度的增加，的船很少有采用平行中体。随着速度的增加，其其最大剖面最大剖面位置逐步位置逐步向后移向后移，以尽可能减少兴波阻力。如，以尽可能减少兴波阻力。如果果Fr0.50时，则渐时，则渐向船尾方向移动约向船尾方向移动约2 5船长。船长。6/6三、面积曲线两端形状的影响三、面积曲线两端形状的影响 排水体积排水体积、棱形系数棱形系数、平行中体平行中体长度和长度和浮心纵向位浮心纵向位置置等确定后，横剖面面积曲线形状亦基本确定，但其两等确定后，横剖面面积曲线形状亦基本确定，但其两端的形状尚可有所改变。端的形状尚可有所改变。 首端形状首端

47、形状取决于不同速度时取决于不同速度时兴波阻力兴波阻力的比重以及波的比重以及波峰的水压力在水平方向的分力大小；峰的水压力在水平方向的分力大小； 尾端形状尾端形状以不使后体压力梯度过大，以减小以不使后体压力梯度过大，以减小粘压阻粘压阻力力。1/3面积曲线两端形状的影响面积曲线两端形状的影响低速船：两端宜为直线形；低速船：两端宜为直线形；中速船：前端宜微凹，后端直线或微凹中速船：前端宜微凹，后端直线或微凹高速船：两端宜取直线或微凸。高速船：两端宜取直线或微凸。2/3贝克推荐的两端形状贝克推荐的两端形状CpFr面积曲线两端形状面积曲线两端形状说明说明0.785两端均直线两端均直线前肩曲度尽量小前肩曲度

48、尽量小0.750.780.182前微凹，后直线前微凹，后直线0.700.750.238前微凹，后直线前微凹，后直线Fr0.238前后均微凹前后均微凹0.650.700.1640.253前微凹前微凹,后直线或微凹后直线或微凹0.268前直线前直线,后直线或微凹后直线或微凹0.78首端丰满，可微凸首端丰满，可微凸300.750.780.182首端丰满，可微凸首端丰满，可微凸26280.700.75Vs1.974Le 直线或微凹直线或微凹较小较小0.650.700.1940.238直线或微凹直线或微凹12180.600.650.238尽量尖削呈凹形尽量尖削呈凹形尽量小尽量小2/26.6 6.6 首尾

49、端形状的影响首尾端形状的影响1/1一、首尾横剖面形状一、首尾横剖面形状二、船首柱、尾柱形状二、船首柱、尾柱形状三、球首对阻力的影响三、球首对阻力的影响四、特殊船尾形状四、特殊船尾形状五、纵流船型五、纵流船型一、首尾横剖面形状一、首尾横剖面形状1/6 船体横剖面形状，持别是船体横剖面形状，持别是首首、尾横剖面形状尾横剖面形状不仅对不仅对阻力阻力性能有影响，而且对船的性能有影响，而且对船的推进推进性能及性能及耐波性耐波性等都有等都有一定影响，因此在选择横剖面形状时要综合考虑。一定影响，因此在选择横剖面形状时要综合考虑。1. 1. 横剖面形状的形式横剖面形状的形式2. 2. 横剖面形状影响及选择横剖

50、面形状影响及选择1. 1. 横剖面形状的形式横剖面形状的形式 横剖面形状主要由横剖面面积横剖面形状主要由横剖面面积曲线和满载水线形状决定。通常有曲线和满载水线形状决定。通常有以下两种。以下两种。U形剖面形剖面：横剖面面积沿垂直方向：横剖面面积沿垂直方向分布比较均匀，它在满载水线处较分布比较均匀，它在满载水线处较窄，应与凹形水线相配合；窄，应与凹形水线相配合；V形剖面形剖面：横剖面面积比较集中于：横剖面面积比较集中于上部，因此它在满载水线处较宽，上部，因此它在满载水线处较宽，应与凸形或直线形水线相配合。应与凸形或直线形水线相配合。2/62. 2. 横剖面形状影响及选择横剖面形状影响及选择 横剖面

51、形状横剖面形状的变化对的变化对摩擦阻力摩擦阻力的影响较小，对的影响较小，对剩余阻剩余阻力力影响较大，对于不同速度的船舶应兼顾影响较大，对于不同速度的船舶应兼顾阻力阻力、推进推进和和耐耐波性波性等方面的要求选择首尾横剖面形状。等方面的要求选择首尾横剖面形状。 首部横剖面形状首部横剖面形状 尾部横剖面形状尾部横剖面形状3/6首部横剖面形状首部横剖面形状 低速船低速船取取V形形较佳，因为它的湿面积较较佳，因为它的湿面积较U形小，可减形小，可减小摩擦阻力。水下部分较瘦，易于使水流沿纵剖线方向流小摩擦阻力。水下部分较瘦，易于使水流沿纵剖线方向流动，减少舭部旋涡，对阻力有利；动，减少舭部旋涡，对阻力有利；

52、 中高速船中高速船用用U形形为佳，虽然为佳，虽然U形的湿面积较形的湿面积较V形大，形大，但可使较多的排水体积分布于满载水线以下，满载水线较但可使较多的排水体积分布于满载水线以下，满载水线较4/6尖瘦，减小兴波阻力。但应避免采用极端尖瘦，减小兴波阻力。但应避免采用极端U形，否则由于舭部曲率半径过小，易产形，否则由于舭部曲率半径过小，易产生舭涡。生舭涡。 更高速的更高速的快艇快艇均用均用V形形剖面，主要考剖面，主要考虑提高水动力特性和改善耐波性。虑提高水动力特性和改善耐波性。尾部横剖面形状尾部横剖面形状 从从阻力阻力看，用看，用V形形剖面，湿面积小，剖面，湿面积小，V形剖面与较宽的形剖面与较宽的满

53、载水线相配合，使水下部分较瘦削，尾部纵剖线平顺不满载水线相配合，使水下部分较瘦削，尾部纵剖线平顺不易产生分离，不但对阻力性能有利，且螺旋桨效率不受影易产生分离，不但对阻力性能有利，且螺旋桨效率不受影响。另外较宽的水线更适于布置双桨。响。另外较宽的水线更适于布置双桨。5/6 从从推进推进看，尾部用看，尾部用U形形剖面可使伴流剖面可使伴流均匀、船体振动小，特别对提高单螺旋桨均匀、船体振动小，特别对提高单螺旋桨船的推进效率有利。所以船的推进效率有利。所以实际应用实际应用中，有中，有将尾部将尾部V形形横剖面在接近推进器处横剖面在接近推进器处逐渐改逐渐改为为U形形，以获得两种剖面线型都有的优点。，以获得

54、两种剖面线型都有的优点。船首尾剖面形状的配合船首尾剖面形状的配合 船首尾剖面形状的配合目前尚无定论。一般认为：船首尾剖面形状的配合目前尚无定论。一般认为：首首部部剖面形状主要从剖面形状主要从阻力阻力和波浪中的和波浪中的失速失速来考虑；来考虑；尾部尾部剖面剖面形状应结合形状应结合推进效率推进效率考虑，同时要注意首、尾部线型的考虑，同时要注意首、尾部线型的平平顺过渡顺过渡。6/6二、船首柱、尾柱形状二、船首柱、尾柱形状1/51首柱首柱形状形状 船体最前端部分，由龙骨线到船体的顶部，称为船体最前端部分，由龙骨线到船体的顶部，称为首柱首柱。 垂直式垂直式船首，整个首柱垂直，航行中产生尾倾时，首柱船首，

55、整个首柱垂直，航行中产生尾倾时，首柱将向后倾倒，所以一般都将向后倾倒，所以一般都不采用不采用。 斜直式斜直式船首，满载水线以上部分前伸；以下部分仍保留船首，满载水线以上部分前伸；以下部分仍保留垂直式。斜直式使满载水线以上的首部瘦削，前肩缓和，垂直式。斜直式使满载水线以上的首部瘦削，前肩缓和，利于减小船在波浪中的纵摇和升沉，还可增加甲板面积，利于减小船在波浪中的纵摇和升沉，还可增加甲板面积，利于甲板机械布置。这种船首比较美观，利于甲板机械布置。这种船首比较美观，采用较多采用较多。首柱形状首柱形状 倾斜式倾斜式船首，整个首柱前倾。满载水线以上部分的水线船首，整个首柱前倾。满载水线以上部分的水线瘦削

56、，有减小瘦削，有减小纵摇纵摇，降低波浪中的，降低波浪中的阻力增值阻力增值，增加，增加甲板面甲板面积积，改善，改善淹湿淹湿性和较性和较美观美观等优点。注意：满载水线以下不等优点。注意：满载水线以下不宜切去过多，否则缩短水下部分的水线，对阻力不利。宜切去过多，否则缩短水下部分的水线，对阻力不利。 球鼻球鼻船首，球鼻船首常能取得减小船首，球鼻船首常能取得减小兴波阻力兴波阻力、破波阻力破波阻力和和舭涡阻力舭涡阻力等效果。不少船，特别是大型船采用甚多；其等效果。不少船，特别是大型船采用甚多；其缺点是制造工艺复杂，首锚有时会受到一定影响。缺点是制造工艺复杂，首锚有时会受到一定影响。2/5首柱形状首柱形状飞

57、剪式飞剪式船首，首柱呈凹形曲线向前伸出在设计水线之船首，首柱呈凹形曲线向前伸出在设计水线之前，且有一较大的悬伸部。前，且有一较大的悬伸部。 破冰型破冰型船首，设计水线以下的首柱与基线间夹角小于船首，设计水线以下的首柱与基线间夹角小于45o，用于破冰船。，用于破冰船。3/52. 2. 尾柱形状尾柱形状 椭圆形椭圆形船尾：尾柱取垂直式，尾部甲板呈椭圆形。船尾：尾柱取垂直式，尾部甲板呈椭圆形。以往以往民船民船都采用这种结构简单的船尾形式，现已为巡洋舰船尾都采用这种结构简单的船尾形式，现已为巡洋舰船尾代替。代替。 巡洋舰尾巡洋舰尾：满载水线附近的尾部水线向后适当延长。以：满载水线附近的尾部水线向后适当

58、延长。以增加水线长度，利于减小增加水线长度，利于减小兴波阻力兴波阻力和和粘压阻力粘压阻力。尾。尾甲板面甲板面积积增加，利于增加初稳性，便于布置舵机等，同时对螺旋增加，利于增加初稳性，便于布置舵机等，同时对螺旋桨和舵有保护作用，可提高推进效率。缺点是构造较复杂桨和舵有保护作用，可提高推进效率。缺点是构造较复杂且尾垂线处的船体应力将加大，故目前大船都将满载水线且尾垂线处的船体应力将加大，故目前大船都将满载水线以上的船尾部作成斜直平面，便于施工。以上的船尾部作成斜直平面，便于施工。4/5尾柱形状尾柱形状 方尾方尾：船尾端作成刀切似的平直状，其各水线面尾部：船尾端作成刀切似的平直状，其各水线面尾部形状

59、接近方形，或呈弧形方角。形状接近方形，或呈弧形方角。Fr0.4的各种舰艇，特别的各种舰艇，特别是快艇和驱逐舰均采用方尾，故也称为驱逐舰式船尾。是快艇和驱逐舰均采用方尾，故也称为驱逐舰式船尾。5/5三、球首对阻力的影响三、球首对阻力的影响1/1 球鼻首的试验结果指出：对球鼻首的试验结果指出：对高高、中中、低低速三类运输船速三类运输船舶，如果安装适当的球鼻船首都能起到减小阻力的作用。舶，如果安装适当的球鼻船首都能起到减小阻力的作用。1.1.球鼻首的减阻机理球鼻首的减阻机理2.2.球鼻首的形式球鼻首的形式3.3.球鼻首的几何参数球鼻首的几何参数4.4.球鼻首效果与参数选择球鼻首效果与参数选择1. 1

60、.球鼻首的减阻机理球鼻首的减阻机理 减小兴波阻力减小兴波阻力 Fr=0.27 0.34的的中高速船中高速船，魏格来曾作过理论研究，魏格来曾作过理论研究，认为在水下运动的球鼻首亦兴波。如球鼻的大小和位置选认为在水下运动的球鼻首亦兴波。如球鼻的大小和位置选择适当，则在一定速度范围内，择适当，则在一定速度范围内，球首的波系球首的波系与与船体波系船体波系可可能发生有利干扰，合成波的波高降低，兴波阻力下降。能发生有利干扰，合成波的波高降低，兴波阻力下降。1/3 减小舭涡阻力减小舭涡阻力 近年来许多低速度肥大船型采用球鼻船首后，阻力性近年来许多低速度肥大船型采用球鼻船首后，阻力性能亦得到明显改善。航速在能