高性能船舶要点

1、高性能船舶知识概要1 绪论1.1 什么是高性能船舶？基于不同的流体动力原理，高性能船有不同的类型和船型，可以是排水量船型，还可以是流体动力船型，还可以是不同原理的混合船型。不管是哪一种船型，它们的共同点是具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其主要使用要求的船舶功能。这样的船舶统称为高性能船舶。1.2 高性能船的特点有哪些？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。1.3 什么是傅氏数和容积傅氏数，引入傅氏数的目的是什么？船傅氏数就是傅汝德数，傅氏数（L为船的设计水线长），容积傅氏数（为排水体积）。 引入傅氏数的目的：表达船舶相对速度。1.4 航速对

2、船舶首尾吃水的影响规律？（1）当Fr<1时，此时航速较低，流体动力所占的比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体的航态与静浮时变化不大。（2）1.0<Fr<3.0时，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。（3）Fr<3.0时，此时航速很高，船体吃水变化很大，而且整个船体被托起并在水面上滑行，仅有一小部分船体表面与水接触。1.5 根据流体动支持力的大小船舶运动可分为哪几种运动航态？根据流体动支持力的大小船舶运动可分为排水航行状态，过渡（或半滑行）状态和滑行状态1.6 高性能船舶有哪几种类型？高性能船舶主要包括

3、：小水线面双体船，穿浪双体船，滑行船，水翼艇，气垫船，地效翼船，高性能排水式单体船。1.7 高性能船舶航行性能有哪几种研究方法，这些方法的特点是什么？高性能船舶航行性能有三种研究方法：理论计算研究，模型试验研究，实船试验研究，特点如下：理论计算研究特点，高性能船舶是现代高科技应用和发展的产物。在每种高性能新船型开发研制工作一开始，以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比单体船性能研究中使用理论计算方法更好的效果。得到了广泛应用。模型试验研究特点，与常规船模型试验相比，高性能船舶的模型试验在技术上要相对复杂些；试验测量内容比较广泛；由高性能船本身特点所决定。实船

4、试验研究特点：在高性能船舶发展史上，实船试验研究均受到了特殊的重视，而且也确实对这种船的性能研究起到重大的推动作用。2 高性能排水式单体船2.1 什么是“瘦长船舶”？引入“瘦长船舶”的目的是什么？“瘦长船舶”是指船的长度L同船的宽度B之比很大的那些船，特别是高速排水式的船同瘦长船型最为接近。引入“瘦长船舶”的目的是目的是使理论计算研究大大简化并得到解答。2.2 美国海军舰船设计部门提出的六个耐波性品级指标是什么耐波性品级指标R与六个最有影响的水下船型参数之间的关系为：式中：CWF: 中前水线面面积系数 , CWA: 中后水线面面积系数 T/L: 船的吃水与船长比 C/L: 龙骨截止点至首垂线距

5、离与船长比 CVPF:中前竖向棱形系数CVPA:中后竖向棱形系数2.3 简述新一代排水式高性能船的水动力设计原则新一代排水式高性能船的水动力设计原则是在不牺牲或尽可能少牺牲快速性的前提下来追求耐波性的改善。在设计中实现这个原则的最大困难往往是要平衡和协调二者对船型有不同要求的矛盾。基于理论分析和实验研究，通过对与船舶耐波性和快速性相关连最为密切的四种船型因素的平衡利弊而做出合理的选择，可以有效地改善半滑行的耐波性。同时随耐波性的提高，导致船型明显的演变，对与新一代滑行高性能船的四种船型因素变化趋势是：（1）增大船的长度长度系数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力和

6、波浪阻力都能减小。（2）船的排水容积和重量后移（3）保持适当的干舷首部较尖（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。2.4 基于苏联方尾图谱进行高速方尾圆肶型排水船舶阻力估算的步骤?（1）计算船舶傅氏数Fr,选择相应的的基准剩余阻力图谱；（2）利用选出的图谱曲线依据棱形系数和长度系数查出基准船的剩余阻力系数Cro;（3）计算船型参数：尾板处的水线相对宽度b/B，宽吃水比B/T,尾封板底部横向斜升角；为任意值时剩余阻力修正系数（4）计算设计船的剩余阻力系数： （5）根据柏兰特-许立汀公式计算摩擦阻力系数：其中： （6）利用，查曲线确定船体时面

7、积（7）计算船体总阻力系数其中：（8）计算总阻力：2.5 利用NPL系列图谱计算船舶剩余阻力的方法?（1）根据长宽比L/B选择相应的图谱曲线；（2）计算排水量长度系数和容积傅氏数，然后查图谱曲线得到（3）确定长度系数和棱形系数的修正系数、（4）设计船的单位排水量剩余阻力 2.6 应用回归分析方法估算过渡型快艇阻力的方法?（1）根据排水体积、船长L、船宽B、半进水角、尾板面积At、中横剖面面积Am，计算阻力表达式参数（2）利用公式其中Ai是阻力方程式的各项系数和阻力估算式中a的回归系数计算出不同对应的（3）根据排水量和水温条件，利用公式计算出任意船的每吨排水量阻力其中：为对应于所要计算情况下的摩

8、擦阻力系数，S为湿表面积、由系列船模的静浮状态分析可近似表示为：Cf标 是在标准条件下按桑海公式计算的摩擦阻力系数。3 普通高速双体船3.1 什么是普通双体船普通双体船用于区分小水线面双体船。普通双体船是由两个对称的，具有相同线型且平行布置的水下部分（称为片体）所组，两个片体的 成。两个片体在水面以上用连接桥牢固地连接在一起。片体的水线长为L ，两个片体的纵中剖面的距离为2Co,两片体舯横剖面在设计水线处之内侧间距为C。因此双体船的距离为Bo。设计水线总宽体的大于两倍的片体设计水线宽度B 型深为D，设计吃为T，片体的方形系数为Co。由于船侧不一定为直舷，甲板宽Bd 可能会大于双体船设计水线总宽

9、Bo。连设计水线总宽接桥的底部距水面有一定的高度，用特殊形状的外板来封底，航行时外板与水接触而产生流体动力效应。3.2 与单体船相比，双体船有哪些优点？（1）双体船最突出的优点是有良好的居住条件和特别宽敞的甲板面积，因而双体船与达到同样要求的单体船相比能够降低自重和造价；（2）双体船的稳性特别好，在静水中的横摇衰减快，致使在不规则波上的摇摆消失得快；（3）由于两个螺旋桨轴线和片体间距都比较大，因此双体船有良好的操纵性和机动性；（4）两个推进器的双体船比一般常规双桨单体排水量船有较优的推进性能，因为双体船的螺旋桨置于每个片体的纵中剖面上，其工况如同单体船一样，处在船体伴流之中，桨的工作效率高；（

10、5）在侧向受风时，双体船比相同受风面积的单体船横漂要小 ；（6）因为双体船的稳性好，所以装卸货物时不必严格按配载表进行 ；3、双体船存在的不足有哪些？（1）双体船片体间存在兴波干扰，一般来说这将增加一种附加的干扰阻力。（2）双体船的排水量与单体船相同时，其湿面积大为增加。此外，双体船两个片体之间的绕流速度显著提高，片体间的边界层相互影响大大增加。因此双体船的摩擦阻力大于单体船。（3）双体船船壳面积大， 双体之间有连接桥， 因而同单体船比较， 在载重量相同时， 其排水量较单体船大，从而使阻力增加。3.3 双体船存在的不足有哪些？（1）双体船片体间存在兴波干扰，一般来说这将增加一种附加的干扰阻力。

11、（2）双体船的排水量与单体船舶相同时，其湿面积大为增加。此外，双体船两个片体之间的绕流速度显著提高，片体间的边界层相互影响大大增加。因此双体船的摩擦阻力大于单体船。（3）双体船船壳面积大， 双体之间有连接桥， 因而同单体船比较， 在载重量相同时， 其排水量较单体船大，从而使阻力增加。与单体船相比，双体船有哪些优点？3.4 分析高速双体船附加干扰阻力的特性附加干扰阻力是由两片体间波系的干扰和粘性流场的不对称性所引起的，致使双体船的总阻力曲线不同于两个相互独立片体的阻力曲线。单个片体的波系干扰，如同常规单体船一样，仅发生于自身的首横波系和尾横波系之间。 首横波系传到船尾时， 与船尾横波相迭加，若两

12、波的位相相同，使合成横波波幅加大，则兴波阻力增加，称为不利干扰；若两波的位相相反，则合成波的波幅减小，兴波阻力减少，称出现峰 为有利干扰。首、 尾横波的干扰使片体自身的剩余阻力曲线 出现峰谷现象。双体船两片间的波系干扰， 既发生于横波系， 也发生于片体间的散波系。 这是与单体船所不同的，单体船自身的散波系之间是不会发生干扰现象的。双体船中一个片体相当于一个孤立的单体船沿着一纵壁航行的情况。即相当于两平行的片体中间存在一个虚构的侧壁，这个侧壁限制了两个片体所兴起波浪的扩散，两片体的散波在此处发生交汇而产生干扰。在片体的外侧， 兴波情况没有变化。3.5 什么是高速双体船的临界速度？对两个并列的片体

13、研究表明Fr=0.5是区分低速双体 对两个并列的片体研究表明，船和高速双体船的临界航速Frc。对于Fr<Frc=0.5的低临界速度区域， 双体船在低兴波状态下航行，兴波阻力虽然较小，但兴波干扰现象严重，在剩余阻力曲线上呈 和图 现有剧烈振荡的峰谷点。对于Fr=Frc的临界速度区域，双体船兴波现象最为严重，在兴波阻力系数曲线上出现最大的峰值，。即最后一个阻力峰。当Fr>Frc=0.5，则双体船的兴波阻力随着航速的增加而降低，此时兴波阻力曲线上的微小波动主要是由于片体间的散波干扰所引起，横波的干扰始终处于有利的状态。3.6 影响双体船阻力性能的主要因素有哪些？ 修长系数1/3(或排水量

14、长度系数3) 是影响阻力的最 修长系数 （或排水量长度系数最重要的因素，修长系数增大（或3越小）， 片体本身的剩余阻力减小。 影响双体船阻力性能的另一个因素是片体间距对阻力的影响。双体船 的兴波附加 干扰阻力 与片体间距有关，片体间距决定了两个片体间散波交汇点的位置及横波的重合程度。片体间距越大，则散波交汇点的位置越推向船后，横波的重合程度越小，片体间的兴波干扰越小。 片体横剖面形状也形象船体阻力性能。试验研究结果表明，圆舭形横剖面阻力性能优于尖舭形横剖面的阻力性能。3.7 高速双体船阻力的计算方法？ 采用阿尔费里耶夫图谱。该图谱是按剩余阻力系数图表来进行计算的，图谱是根据双体船系列模型在水池

15、中的拖曳试验结果绘制的。 高速双体船是指在高临界速度区域航行的船舶。 利用图谱依据、Fr以及（片体相对间距)查出标准剩余阻力系数 通过确定、b的影响系数经过相乘换算得到设计船的剩余阻力系数。 总阻力（）（CF+CF）V2+Rr+Rap(课本3-16)3.8 简述船舶运动的力及作用特点？（1）恢复力（矩）类似弹簧的恢复力，水对船的恢复力（矩）其大小与摇荡位移有关而方向恒与位移方向相反，所以恢复力（ 矩 ）代表船在静水中作线位移 （ 或角位移 ）引起的力（ 矩 ）。（2）阻尼力（矩）在船舶摇荡中，阻尼力（矩）的大小与摇荡速度相关，其作用方向恒与船的摇荡速度向量相反，阻尼力（矩）对船作 的功恒为负值

16、。 也就是说它是消耗船摇荡能量的因素，使船摇荡运动衰减，称为耗散力。3.9 什么是“克雷洛夫傅汝德”假设？关于波浪扰动力，现今通常采用的方法是什么？克雷洛夫傅汝德假设认为波浪中压力场与船的存在无关，波浪主要部分与波幅成比例。关于波浪扰动力，现今采用的方法通常是认为流体动力部分由两部分组成，一是与波浪的振动速度成比例，另一成分与其加速度成比例。4 小水线面双休船4.1 什么是小水线面双体船？简述其产生的背景小水线面双体船（Small Water-Plane-Area Twin Hull ）,缩写作SWATH船。小水线面双体船的设计概念在1905年以前就被提出。后来，于1932年、1944年和19

17、67年又有一些SWATH的设计构思被提出。这些设计在低速和中速时的性能是较好的，但是都没有解决总想稳定性这个对航行安全至关重要的问题。1971年兰（Lang）提出了一个接近于现有小水线面双体船的设计方案。他用一根翼型剖面的横梁将两个片体连接起来，并借此保证船的纵向运动稳定性。这是一种双支柱片体方案，与后来于1973年建造的世界上第一艘SWATH“卡马琳诺”号十分相似。20世纪60年代末期，荷兰曾建造了一艘小水线面双体钻探船，其最高航速为8节。在同一时期内，瑞典和日本也对开发SWATH的工作予以关注。4.2 小水线面双体船的主要优点有哪些？（1）在高航速时，静水阻力性能和波浪中阻力性能好；（2）

18、 推进效率高，SWATH的推进系数一般均可达0.7以上；（3） 耐波性能好，能在恶劣的海况下平稳的航行；(4) 从使用性能来看，与常规双体船一样，具有宽广的甲板面积和充裕而规整的使用空间，有利于总体布置；(5) 低速时，船的回转性好；(6) 建造成本低，建造周期短；（7） 静稳性好，具有较强的生存能力。4.3 小水线面双体船的主要缺点有哪些？1. 湿面积大，摩擦阻力较大。2. 船体结构重量比相同排水量的单体船要大。3. SWATH的吃水和船宽要大于相当排水量的单体船，当船的吨位增大时，有可能受 到航道及船坞的限制。4由于要保证在较高航速时的纵向运动的稳定性，SWATH均需要安装前后稳定鳍及 其

19、控制系统，这不但增加了船的重量和建造成本，而且也给设计工作带来新的内容，对设计 人员素质的要求也因之而提高了。因为SWATH水线面积小，所以其每厘米吃水吨数很小，载重量的变化使吃水变化十分敏感。在设计及使用过程中，不但要对船的重量及其分布 精确控制，而且还必须设置类似潜艇所设的压载调整补偿系统。此外，破舱后的SWATH 的浮态是相当恶劣的。5. 回转半径较大。6. 对小型SWATH来说，由于下体横向尺寸的限制，主机必须被安装在连接桥两侧， 然后应用传动装置(如链传动装置、皮带传动装置、上下直角锥齿轮Z型传动装置、电传动 装置等）将主动功率传至装在主体后端的螺旋桨，推动船前进。这样的传动装置既复

20、杂，又 十分昂贵。对船内的布置也造成困难。中、大型船的主机可以设置在下部主体内，可免除或 减轻上述传动方面的麻烦。7. 舾装、辅机设备数量较多,要求高,重量大,这是由于小水线面船在性能方面的特殊 要求所致(如前后鳍控制设备、压载补偿调整系统、导航设备等)。此外，由于二套主机所要 求的辅机设备应该独立,也使辅机设备复杂,重量增加。4.4 小水线面船主要用于哪些种类的船舶？综合SWATH在性能、使用和造价等方面(与单体船相比较)的优缺点,可以看出,这种 船型的优势在于其优异的耐波性、宽阔的甲板面积和充裕的使用空间；其不足之处也许是它的船体结构强度、设备复杂而重量较大，以及由此而导致的一系列问题。因

21、此，SWATH目 前主要被应用于那些吨位不大而又对耐波性要求特别高的船舶，如海洋水文调查船、客运渡 轮、平台-岸基交通艇及军用辅助舰艇。4.5 小水线面双体船水动力性能特点？1.片体之间存在兴波干扰，影响兴波阻力。2.双体对片体间的水流产生“阻塞效应”，增大了水流速度，引起横向流动使水流复杂化。3.双体船横摇固有周期和纵摇固有周期接近易产生“螺旋”摇荡。4.需要考虑纵向运动稳定性。5.强度方面，横向强度是结构强度问题的首要考虑内容。4.6 与普通单体船的快速性相比SWATH船的快速性有什么特点？1.当Fr>1.2时 SWATH优当Fr<1.2时 单体船型优2.在波浪中航行时失速比常

22、规单体船小很多3.推进效率SWATH比单体船高10%-15%5 高速穿浪双体船和多体船5.1 什么是高速穿浪双体船？20世纪80年代初，在高速常规双体船和小水线面双体船的基础上首先由澳大利亚的赫 可斯(Hercus)和克里福得(Clifford)提出的_种高性能船舶新概念,并得到迅速发展的高性 能船，即高速穿浪双体船WPC（Wave Piercing Catamaran）。高速双体船保留了小水线面双体船的低阻,高耐波性及常 规双体船甲板面积宽敞的优点，同时融会了深V船型的特点，克服了小水线面双体船的片 体无储备浮力、空间狭小和要求复杂的航态控制系统和传动系统等缺点，也克服了常规双体 船的连接桥

23、离水高度小，片体干舷高储备浮力过大，对波浪响应敏感，船体纵摇和横摇周期 接近，易出现"螺旋状"摇摆而引起乘客不适等缺点。因此穿浪双体船特有的船形构造赋予 了它具有高速,优良的耐波性,稳性好,舒适,吃水浅,甲板宽敞和回转性能好等高水平的综 合航海性能。同时,还具有建造工艺简单使用成本低和技术风险小等特点。穿浪双体船是诸 类高性能船中发展最快的一种船型。由于高性能穿浪双体船型的这些特点，它适用作高速车 客渡船、军用各类高性能攻击艇和高性能隐身艇的基础船型，有广阔的发展前景。1998年， 澳大利亚Incat公司的霍巴特船厂建造了第一艘100米长,近万吨级的高速穿浪双体滚装/ 旅客

24、渡轮Cargo Cat号,从此揭开了穿浪双体船向大型化发展的序幕。图5-3为澳大利亚 Incat公司设计的长120米,载重量1 200吨,最大航速60节的车客渡穿浪双体船。穿浪双体船(WPC:Wave Piercing Catamaran)是在小水线面双体船和高速双体船的基础发展起来的一种新型高 性能,排水量型船舶。它不仅航速高而且具有较大的运载能力,二者是衡量船舶经济性能的 重要指标。穿浪双体船的长度傅氏数Fr在0.81.1范围,片体容积傅氏数Fr在2.03.0之间,在这航速范围内,船舶处于过渡航态的高速段,长度系数 = L/ 1/3是对阻力较 敏感的船型参数,在一定的范围内,修长系数较大对

25、阻力有利,但当容积傅氏数趋于3.0左 右时,长度系数 = L/ 1/3对阻力已无显著的影响。穿浪双体船的设计要针对 具体航区的海情和设计速度，综合选取片体的主要尺度和船型参数，以保证穿浪双体船优良 的航海性能。5.2 影响WPC船性能的主要船型参数有哪些？影响WPC船性能的主要船型参数有1.片体长度导数和长宽比2.横剖面形状3.艉端形状4.艏端形状5.浮心纵向位置6.干舷与储备浮力7.连接桥和中央船体的形状8.片体间距5.3 什么是高速穿浪三体船？高速穿浪双体船的片体是由两个深V的单体船组成的，在穿浪双体船中央船体的龙骨下方，加装一个SSB半潜体所构成穿浪多体的船型，成为高速穿浪双体船。6 滑

26、行艇6.1 简述滑行艇的滑行运动原理？船舶在航行过程中受到动水力和静水力的作用，当航速增加到一定量时，容积傅氏数Fr>3.0，船体周围的流体压力场急剧变化，使船体获得足够大的垂直向上的流体动支持力，在该力的作用下艇体大部分被抬离水面，从而减小了船舶航行于水中受到的水阻力。由于流体动支持力与挺体尺度的平方成正比，而艇重与尺度的立方成正比。因此以滑行方式提高船舶航速，长度限于4045m以下的船舶。6.2 滑行艇底部压力分布特点？水流驻点O流体压力最大，流速最小，A,B,C处水流与大气接触均等于大气压力P06.3 简述利用姆雷法计算滑行艇阻力的主要步骤 按已知艇的排水量，航速VS，艇宽B和斜升

27、角,则可计算得：6由已知的CB值,查图6-22得相应于滑行平板的动载荷系数CB0取一系列纵倾角1, 2, 3,i 并计算相应于各纵倾角时的CB0 /i 1.1再由图6- 22得对应于i系列i值。由图6- 21可以查得： 由于i及相应的i,已得,则有相应的湿长度湿面积均可 得到,并可计算雷诺数和摩擦阻力。 按（6- 22)式计算得各纵倾角i时的相应阻力Rti,并作曲线Rti=f3（i）,如图 6-23所示。 按6-23)式计算得各纵倾角a,时的水压力中心位置i=f4（i）,如图6-23所示。由已知艇体重心距尾板距离g，i=f4（i）曲线上得到对应于水压力中心距尾板距离为时的纵倾角g为艇在该计算航

28、速下的航行纵倾角,同时由图得到相应的 总阻力Rtg值。6.4 什么是槽道型滑行艇，槽道的作用原理是什么？槽道型滑行艇(简称槽道滑行艇)如图6-31所示,有一个首尾纵向贯通的槽道,因此在 外形上有点类似于双体船，但它们在静态和水动力作用方面是不同的。在滑行艇的底部有一条对称于纵中剖面并纵向贯通的槽道，把艇底分成三个滑行面， 即槽道顶滑行面和两个底侧滑行面,如图6-32。向艇的首部槽道宽度逐渐略带有扩张以 形成喇叭状的开口。槽道滑行艇高速滑行时，在冲压的作用下空气从艇首部槽道喇叭口处进 入,与槽道内水流相混合形成气水混合物,航速越高,则进入的空气量越多,越有利于形成空 气层。由于空气或气水混合物的

29、密度都比水小得多，因此空气层可以起到对槽道顶滑行面的 润滑降阻作用，使艇的摩擦阻力大大减小。同时由于槽道侧壁的端板作用，减小槽道顶滑行 面的压力损失,使其有较高的滑行效率。此外,空气润滑层有一定吸收能量的作用,可缓和艇 在波浪中所受到的冲击。由于槽道的存在,相当于增加了滑行艇底部的"深V”程度,这对减 缓滑行艇在波浪中的摇荡和拍击起到主要作用。因此槽道的作用使滑行艇的适航性或耐波 性以及操纵性能得到较大的改善，而且进一步提高了滑行艇高速时的阻力性能。6.5 槽道水翼滑行艇的工作原理是什么？槽道水翼滑行艇艇重的支持力主要是来自 于船体滑行面所产生的流体动升力。槽道水翼滑 行艇船型特征是

30、：一条首尾纵向贯通的槽道把滑 行艇的底部劈成W型，在槽道底部基线位置安 装弓形剖面的首、尾水翼（见图6-36)。槽道相 当于增加了艇体的深V度,在不牺牲滑行面升力 的情况下提高滑行艇的耐波性能。高速时槽道顶 部形成的空气润滑层可以减小艇的湿表面积，提 高快速性。滑行艇的尾板处安装压浪板，对降低 滑行艇的阻峰，提高艇的越峰能力相当有效。槽 道水翼艇的一部分水动支持力来自于槽道水翼的升力。由于槽道宽度的限制，水翼的展长及 翼面都不能很大，所以槽道水翼提供的升力有限。对艇重的支持，槽道水翼仅起辅助作用，但 对艇的航行姿态影响很大。槽道水翼的存在对艇的动、静横稳性和航行稳定性的影响可以不 考虑。槽道水

31、翼尺寸虽小，但它对改善槽道滑行艇的快速性能却有明显的效果这主要是因为 存在槽道效应，即槽道侧壁的端板效应和槽道顶部的固壁效应使槽道水翼的效率较 高。固壁效应与自由表面效应不同，它使有限翼展水翼的下洗速度和诱导阻力减小，有效迎 角增大,升力增加。6.6 滑行艇纵向运动稳定条件？根据受力分析,排水式船在满足下面的两个平衡条件,则船的运动状态就是稳定的：流体压力在垂直方向的分力应等于艇的重量；流体动压力之合力的作用点应与艇的重心在同一垂直线上。一般说来，对于普通滑行艇，只有 Frv > 5时较易发生海豚运动，而对于断阶滑行艇和槽道滑行艇也可能在较低的滑行速度 上发生海豚运动。6.7 简介滑行艇

32、的主尺度及对性能的影响？一、主尺度及主要船型系数因为滑行艇滑行时仅底部与水接触，所以通常以滑行艇折角线的主要尺寸作为艇的主 尺度，尤其是在讨论流体动力性能时更是如此。1.宽度折角线宽度（最大宽度或平均宽度）是滑行艇主尺度中的首要因素，从流体动力性能出 发考虑，应该是宽度越大越有利。因为增加宽度相当于增大滑行面的展弦比。在理想流体中 增加展弦比可以提高滑行效率，但是在实际流体中还必须考虑粘性作用。如果随着艇宽的增 加，重心位置允许相应后移，以保持冲角处于有利状态，则增加宽度可以提高滑行效率。反 之，如果重心位置固定，宽度增加的同时浸湿长度几乎不变，则由于浸湿面积增加使摩擦阻 力增加，而相应的纵倾

33、角减小使剩余阻力减小。因而存在一个有利宽度，它与有利冲角相对 应。所以在确定滑行艇宽度时,需与重心位置相配合。从提高滑行效率出发,应尽可能达到或 接近有利宽度。一般说来,重心愈靠后,对应的有利宽度愈大,相应的滑行效率也愈高。但是 必须严格防止出现海豚运动，因为重心愈向后，离发生海豚运动的边界愈近。此外还需要考虑对其他航海性能的影响。由于宽度确定后，对一定排水量而言，其静负荷系数G 也就确定了。如果艇的设计速度也是确定的，则动负荷系数CB =也就确定了。所以对确定排水量和速度的设计艇，宽度的影响亦即代表了CB或C的影响。CB或C的增加（由宽度减小引起）会使喷溅增加，使波浪中的运动响应及冲击 加速

34、度减小。选择宽度时须综合考虑以上各方面的要求，实际上艇宽还受到布置上的限制及 结构重量方面等因素的制约。2.艉部宽度通常滑行艇的折角线沿纵向是变宽度的,因为从提高滑行效率出发,希望宽度集中在前驻 点线附近,那里的流体动压力最高,所以往往最大宽度在舯前部,向后宽度逐渐减小。但是艉部 宽度的减小除了受到布置上的限制外,还受到其他航海性能要求的限制。艉部宽度减小将导致 纵倾角增大,这对波浪中的喷溅、运动响应和冲击加速度都是不利的。因而滑行艇设计航速(包 括最大航速和巡航速）的纵倾角最好能略低于有利冲角,而不希望高于有利冲角。这就限制了 艉部折角线宽度不能太窄，目前军用滑行艇折角线艉部宽度与最大宽度之

35、比大约为：3.艇长无论是折角线长度或最大长度,对滑行艇性能的影响都不如排水船那样重要。从阻力观 点出发，折角线长度只对低速航行有明显影响，对高速滑行时的阻力无直接影响。艇长对适 航性有一定影响，按弗里兹玛的试验结果，一般说来艇长增加要使滑行时的冲击加速度增 大。对运动响应的影响则要视波长而定，对长波（/L > 3)艇长增加会使运动响应增大，而 对短波,使运动响应减小。总的说来,滑行艇长度对性能影响不大,往往主要从布置要求来确 定。一般军用滑行艇的折角线长宽比大体为：比排水船显然小得多。4吃水吃水只影响静浮及低速航行，对滑行性能无影响，因而它是从属的尺度。往往是在宽度 和长度确定后，吃水就

36、被确定。5. 重心纵向位置与排水船不同，滑行艇的重心纵向位置是十分重要的参数，它对滑行艇性能有很大影 响。从减小阻力观点出发,重心后移是有利的,因为它对应较大的有利宽度,而使滑行效率提 高。但是对避免海豚运动发生和波浪中的运动响应及冲击加速度都会带来不利的影响，须要 很好加以协调。不过在大多数滑行艇设计中,根据总布置要求,重心位置往往是过于靠前。这 是因为采用直线传动的水中螺旋桨，其主机位置不能太靠后的缘故，只有用喷水推进或垂直 直角传动的水中螺旋桨的艇，才有重心偏后的可能。过于偏前的重心位置,往往会使设计航速时的纵倾偏小,阻力增大,但是使起滑时(阻力 峰区域）的纵倾和阻力都降低。纵倾减小对波

37、浪中的运动响应及冲击加速度都是有利的，但 低速航行的阻力会增加，航向稳定性恶化，在迎浪航行中甲板易上浪，随浪中的失操现象也 更容易发生。同时由于静浮力由较宽的艉部转移到较尖瘦的艏部，其横稳性也会变差。6. 面积负荷系数A/2/3资料中还常把滑行艇的面积负荷系数作为艇的主要船型系数，这里A为折角线在基 面上的投影面积，为容积排水量。A/2/3可以表示静浮时单位面积上的负荷大小, A/2/3值 大表示对应的负荷小。这一系数对滑行艇的浮态、低速航行性能及起滑性能有重要影响，而 对滑行状态的性能影响不大，一般军用滑行艇的面积负荷系数大体为：A/ 2/3 = 5.0 7.06.8 简述滑行艇的剖面形状？

38、1.横剖面横剖面底部曲线的形状,可以分成直线斜升型、外凸斜升型、内凹斜升型(通常又称横向弯曲型）及型几种,如图6 - 47所示。从阻力性能出发，要求较小的横向 斜升角；而从波浪中冲击力考虑，希望有 较大的斜升角。斜升角过大还会使滑行 时横稳性降低。艉部的斜升角增大可以 改善随浪中的失操现象，但会使回转直 径增大。设计合理的内凹斜升型可以兼顾阻 力与波浪冲击力两方面的要求，但过分 的内凹会导致局部冲击压力骤增。外凸形可以减小波浪冲击力，但使 喷溅情况恶化，对滑行效率也是不利的；波型剖面似乎是企图保持内凹型的高滑 行效率和外凸型的较低波浪冲击力，但 并不是所有的波型剖面设计都能达到这 一目的，局部

39、的内凹可能造成局部的巨 大波浪冲击压力。如果使舭部下弯,则成所谓的型剖面，其滑行效率是高的，但波浪冲击力要比普通深V型大得多。横向斜升角的纵向分布往往也是变 化的，从舯部向前，一般斜升角都是增大 的，舯部向后可以保持常数，也可以逐渐 减小。这种向艉部角的减小可以是平顺 变化也可以是"扭曲"变化,如图(c)所示。舯后等斜升角可使加工方便，舯后部 的水流平稳。角向艉逐渐减小似乎更适 合流体动力性能的要求。"扭曲"式的尾底 部对双螺旋桨的工作条件可能会有好处，因为它使螺旋桨处的纵剖线平直，不像平 顺减小那样使螺旋桨的斜流角增大，但是 它造成水流有旋转趋势，使底

40、部易于产生 涡流而消耗能量，从而降低滑行时的横稳 性。_般海上航行的滑行艇,舯部横向斜升角约为，艉部。为了 避免随浪中的失操现象,艉部斜升角还可以适当增加。距艏部1/4艇长处约为1/4 = 20° 30°。，艏部第三理论站号为3#= 30° 35°。舭折角线以上部分的横剖面形状,主要从减少波浪中的喷溅及避免甲板上浪等考虑,可 以作成向外直线倾斜形，艏部还可以作成曲线外张型。2纵剖面大多数滑行艇的龙骨线从舯后向艉部略略抬高，为了便于艉部布置螺旋桨，也为了使艉 部有较平直的纵剖线。龙骨最低点的位置大概在5号与6号理论站号处。艏柱外形适当肥圆 些，可以使艏部具

41、有较大的静浮力，有利于起滑及随浪航行避免埋艏失操。纵剖线在艉部尽可能平直，艉部纵剖线稍向下弯曲可以使纵倾减小，这对于航速处于阻 力峰附近的艇,可以减小阻力,但是艉部流体动压力增大,对随浪中埋艏失操非常不利。艏部 纵剖线与水线的夹角直接影响艇低速航行时的纵倾角以及艇的起滑速度，但过大的水平夹 角会使艇在波浪中的喷溅增大，有人建议纵剖线与静浮水线的夹角不宜大于6°,当然还要顾 及艏部整个纵剖线的斜度变化规律。折角线的侧投影形状要与龙骨线相配台，以保证有良好的纵剖线形状。折角线与静浮水 线的交点不宜太靠前，以避免水线进角过大，使喷溅恶化。折角线与艏柱交点的高度一般为2 3倍的艏吃水。3水平

42、面形状滑行艇水平面形状主要是指折角线在水平面内的投影形 状。折角线在船舯后的形状就表明了艇宽的纵向分布,这在艉 部宽度的讨论中已经涉及了。一般说来在阻力峰值区附近航 行的艇希望有较宽的尾折角线，而越过峰值区航行的艇希望 有较窄的艉宽。艏部折角线肥满会使艏部斜升角减小,使艏部 波浪冲击力增大和淹湿严重,还会增加低速航行时的阻力,但 艏部过于尖瘦会使随浪中失操严重，要很好协调这两方面的 要求。有人建议艏部可以采用双拆角线底部,在第一折角线处 宽度有阶梯式突变,如图所示。7 水翼艇7.1 简述水翼艇的减阻原理水翼就是在水中工作或割划水面的机翼，它在水中运动像飞机机翼在空气中运动一样，产生一定的升力。

43、因为水的密度较空气的密度约大余倍，在同等升力之下，水翼的尺度比机翼小得多。靠水翼升力支持艇重的水翼艇比滑行艇阻力小，兴波小，受波浪干扰影响也小，因而具有良好的快速性和适航性。7.2 简述水翼艇的几何特征水翼横向两端间的距离称为翼展，以b表示；垂直于翼展的横剖面就是翼剖面，翼剖面前缘与后缘之间的连线称为翼弦，其长度称弦长，用c表示,翼展与弦长之比，称展弦比，用A表示 水翼的平面形状，一般有矩形翼、后掠翼、菱形翼和两端加宽翼等 水翼平面形状的特征参数，是后掠角和尖削比。后掠角，指导边或1/4弦长的连线与横轴的夹角，以表示；尖削比，指翼端部弦长 ct和中部弦长cr之比。矩形翼的尖削比等于1 ，三角形

44、翼的尖削比等于零。水翼前视形状的特征参数，是上翻角，以表示，一般指前视图上 1/4/弦线方向与横轴的夹角，向上为正，向下为负. 翼剖面形状有很多种，其中常用的有平凸弓形、凹凸弓形、机翼形和全空泡翼型。剖面特征参数通常指的是剖面相对厚度 和相对拱度。最大厚度的位置，一般在距导边 40%50%弦长处，称为翼厚。翼厚与弦长的比值称为相对厚度=e/c在垂直弦长的方向上，剖面上下轮廓中点的连线称为剖面的拱线，拱线离弦线的最大距离称剖面的 拱度，用 f表示。拱度与弦长的比 值称相对拱度F=f/c.7.3 水翼升力的产生原理为了研究问题的方便，利用运动的相对性原理，视水翼在水中作匀速直线运动为均匀水流以同样

45、的速度流向静止的水翼。由于翼剖面是不对称的，且弦线和水流间有一夹角，故水翼周围的水的流动情况是上下不对称的。上表面流速增大，下表面流速减小。由伯努利定理可知，流场中流速大处压力低，流速小处压力高。如果不计及流体的粘性损失，并忽略流体本身的重量则有：p+12v2=const 式中 表示流场中某点的压力， 表示该点的流速。水翼的上表面流速大，相应的压力就小，下表面流速小，则压力大。水翼上下表面的压差构成了水翼的升力。一般在水翼的升力中，上表面低压所造成的“吸力”约占总升力的左右，下表面高压所造成的“压力”约占总升力的左右。7.4 什么是水翼的失速角当冲角大于某一极限角度（一般为 10度左右）以后，

46、升力系数不会增加反而会下降。这是由于沿翼型的绕流被破坏而引起的，这个极限冲角称为失速角7.5 水翼的阻力包括哪几部分水翼的阻力一般分为翼型阻力、诱导阻力和兴波阻力三部分。水翼的总阻力将等于翼型阻力、兴波阻力和诱导阻力的总和。翼型阻力是由于液体粘性引起。兴波阻力和诱导阻力与液体粘性无关翼型阻力是由液体粘性引起的，它包括摩擦阻力和形状阻力。兴波阻力由于自由表面的存在，水翼在自由表面附近工作将引起兴波阻力，兴波阻力与浸深和傅氏数有关。7.6 什么是水翼的浅浸效应，浅浸效应对水翼的影响是什么当水翼的浸深较小，由于水和大气交界处的自由表面的存在，使水翼的特性发生了变化。因此，研究实际水翼的水动力特性时，

47、必须考虑自由表面对水翼水动力特性的影响。（1）使升力系数斜率下降（2）使下洗角增加，引起升力系数下降，阻力系数增加。（3）由于水翼附近的水面局部变形引起水流弯曲，相当于改变了水翼的零升力角。7.7 水翼艇工作时有可能产生空泡现象，简述空泡现象的成因及流体动力性能的影响当水翼的运动速度足够高时，翼背上的压力降到水的饱和气压，水开始汽化，形成空泡。绕体在水中运动时，表面压力要发生变化，当绕体表面低压区的压力降低到水在该温度下的饱和蒸汽压时，水就开始汽化，产生空泡。压力降至饱和汽压并不是产生空泡的唯一条件水中含有空气核或杂质微粒也是空泡产生的必要条件，不过一般自然水域中未经特殊处理过的水通常都含有大

48、量的空气核和杂质微粒。严格说来，水中空气核或杂质含量的多少将会影响到空泡形成的压力，但这个压力大体上都在饱和汽压附近，所以工程上就把饱和汽压作为空泡初生的压力，而不去计较因空气核的多少所造成的微小压力差别。水的汽化压力取决于水的温度，因而空泡的产生也直接与水温有关。空泡的第一阶段，也称气泡状空泡。气泡状空泡开始在翼的导边上表面处形成，然后随着速度增加逐渐向后蔓延。它对水翼的升力和阻力没有多大影响，但空泡在翼表面闭合时压力会骤然增大，甚至高达数百大气压，这样的高压作用在翼表面将引起水翼材料的损坏，即所谓空泡剥蚀。此外，空泡的闭合还会引起空泡噪音等。第二阶段空泡，这种空泡称为片状空泡。片状空泡由于

49、不在水翼表面闭合，因此不产生剥蚀现象，但由于空泡腔附着在翼的上表面，改变了水流的绕流情况，使升力和阻力都下降，但升阻比增加。第三阶段空泡，这种状态称为全空泡状态。在全空泡阶段，水 翼升力下降，同时由于湿面积减少和雷诺数增加， 阻力也下降。因此，在全空泡阶段，选择合适翼剖面形状，使翼的上表面形成稳定的空泡区，即用全空泡翼型，仍可获得较高的升阻比和稳定的运动。7.8 什么是割划式水翼艇，割划式水翼艇有什么优缺点这种水翼的部分翼板具有上翻角，艇航行时，这些具有上翻角的翼板割划水面（如梯形水翼的侧翼），若浸深发生变化时，水翼工作面积也要改变，因而改变升力，使水翼能恢复到初始平衡位置。割划式水翼的主要优

50、点是：自稳性好，不用自控系统艇能在静水和较小的风浪中稳定航行；它有翼面积储备，有利于艇的起飞，并增加了翼航速度范围，改善了风浪中爬浪性能和翼航能力；艇在锚泊或排水航行时，较大的上翻翼增加了运动的阻尼，从而减少了艇的摇摆。其主要缺点是：产生升力的部件割划水面，对波浪的干扰较敏感；风浪中翼航无自控时，摇摆和垂向加速度都较大；由于水翼割划水面有一定的升力损失，并增加了喷溅阻力，降低了升阻比；此外，这种水翼比全浸式水翼重量和跨度都较大，故收放复杂。7.9 什么是全浸式水翼艇，全浸式水翼艇的特点是什么翼板全部浸没在水中，只有不产生升力的支柱割划水面，称这种水翼为全浸式水翼。特点：这种水翼没有自稳性，必须

51、借助控制系统才能保证运动的稳定性。但它对波浪的干扰不太敏感，只要具有足够的浸深，艇便具有优异的适航性，而且较易实现水翼上翻。为了便于艇进出狭窄和浅水航道，以及便于停靠，一般在排水航行或停泊时，需将水翼上翻或收缩起来。7.10 水翼艇航行状态下的的稳性特点是什么水翼艇静浮时的稳性与排水船没有任何区别。在翼航时，船体完全与水脱离，艇的稳性靠水翼保证，这就有别于排水船。这里要讨论的也主要是水翼艇在翼航时的稳性。水翼艇的稳性是指水翼艇在外界干扰力停止作用后回复到原来稳定翼航运动位置的能力。7.11 水翼艇解决其翼航状态的垂向稳定性的措施有哪些（1）对深浸翼依靠操纵水翼，使其在受到外界扰动时产生所希望的

52、垂向力，即通过升力控制，来保证垂向稳定性。一般采用的升力控制方法有调整水翼冲角或操纵襟翼两种办法，也可以用翼背通气的办法来减少升力，但这是一种纯消耗能量的办法，效率很低。（2）采用浅浸翼，靠自由水面的浅浸效应来调节升力。因为浅浸翼在浸深减小时升力也相应的减小，这恰好可以满足保持垂向稳性的要求，一般为了保证在浸深变化时有足够的升力变化，浅浸翼要求相对浸深（3）采用割划翼，靠随着水翼吃水的变化改变水翼的面积来改变升力，目前最常见的为v形割划翼，它具有水翼面积随水翼浸深而增大的特点，以保证水翼的垂向稳性。7.12 什么是水翼的刚度和水翼的阻尼，为保证水翼艇的纵向静稳性，水翼艇必须具备的条件是什么我们

53、把升力随浸深的变化率 称为水翼的刚度；升力随冲角的变化率称 为水翼的阻尼。为了保证纵向静稳性（垂向稳性和纵稳性），水翼艇必须满足下面两个条件：（1）如果在纵向垂直平面内作用有干扰力矩，则艇的水翼应能在保持升力不变的条件下产生恢复力矩，且恢复力矩大于干扰力矩。这相当于希望首翼具有较大的刚度和较小的阻尼。（2）如果在重心上作用有垂直向下的干扰力，则艇的水翼除了能使升力加大外，还应能产生尾倾。这相当于希望首翼的刚度大于尾翼的刚度。7.13 水翼艇在波浪中运动可能出现的的典型运动方式有哪些（1）平台航行方式艇的重心轨迹作水平直线运动，不受波浪起伏的干扰影响。这种运动方式是一种最为理想的方式（2）随波起

54、伏方式艇的重心轨迹与波面平行，艇完全跟随波浪起伏（3）中间响应方式艇的运动介于以上两者之间，即艇的重心轨迹既非直线，亦非平行波面，虽不是直线运动，但艇的起伏又小于波面的起伏8 表面效应船8.1 全浮式两栖型气垫船的优缺点是什么优点:两栖型气垫船具有独特的优点它可以在无道路的草地、沼泽地带，多石滩河面，浅水和冰雪海面上航行；它可以作为短途的车客渡船、救护船和供应船等；在军用方面它可以作为导弹快艇、火炮快艇和登陆艇；它还可以用作比较理想的反水雷舰艇，因为它的低磁性和有气垫缓冲器把它与水隔离开来，即使它在水雷爆炸区也可免受损坏；两栖型气垫船的阻力性能比侧壁式气垫船好，它可以利用多种操纵设备实现就地回转，所以机动性好，能够水陆两用。缺点：噪音大，在海面上航行当航速超过 60节时，在陆上航行当速度超过 节时，发出的噪音更为厉害。遇大风（特别是顺风）时操纵困难，受风浪的影响大，在波浪中的失速大航行时水飞溅厉害，这对于在寒冷地区航行的气垫船是不利的，因为溅到船上的水会结冰，这样就会增加船体的重量。两栖型气垫船只能采用空气螺旋桨推进装置，它比水螺旋桨的推进效率要低。尤其是在低速时，两者的差异更为显著。为了提高空气螺