上海交通大学网络学院船舶海洋工程专升本朱文蔚主讲

上海交通大学网络学院船舶海洋工程专升本朱文蔚主讲

2009.8.【船舶原理】学位考试复习讲座2009.8.1Ⅰ、关于学位考试⒈学位考试与课程结束考试的区别：

①课程结束考试获得通过，可取得毕业证书；学位考试获得通过，可取得学士学位证书.②课程结束考试采用开卷形式，学位考试采用闭卷形式.

③课程结束考试试卷中试题类型有名词解释、计算和简答三类占70%，以及两次课外大作业占30%；学位考试的试题类型有选择、名词解释、简答、计算和综述（综合分析）五类.

学位考试的难度略高于课程结束考试，一则是闭卷，要求对课程内容更熟悉，二则综述题要求围绕船舶设计的目的把各章有关知识融会贯通，掌握各编各章中相一致和相矛盾的各个因素的作用，进行得失综合分析，务必采取得超过失的方案,以实现优秀的船舶设计.2009.8.2Ⅰ、关于学位考试（续）⒉课程结束考试卷面分析：

根据对参加2009.7.4考试的50份C,D试卷的卷面分析如下：①名词解释的失分仅占9.5%，其中放弃（空白）的就占近5%，没有发挥开卷的作用，可能平时就不看书，考试时无法及时从书中找到有关答案；回答不完整被扣分只占4.25%；有11位同学全对，30位同学因回答不完整仅被扣1-4分.2位同学虽未放弃，但错误较多，被扣6分.4位同学放弃了1-2道，其中3位因未交1或2次课外大作业而不及格了，3位同学放弃了4-6道，都不及格。②简答题失分也仅12.4%，无人放弃，19人得满分.

从卷面看，大家在开卷考试中对以上两种题型是很适应的，除3位过多放弃名词解释的同学外，不会成为试卷卷面不及格的主要原因.③计算题失分达56.3%，2位同学全部放弃，都不及格；放弃一半的13位同学中，3位不及格.过高的失分率，说明这几位同学数学基础薄弱、专业知识生疏及对课上、教材中的举例还不理解.开卷也没用，不会计算.2009.8.3Ⅰ、关于学位考试（续）

经过分析，可得出以下结论：

专业名词的正确定义、区别和判断是相当重要的，也是必须掌握的专业知识，在学位考试时通过选择题和名词解释两种题型来考核，共占卷面分数的50%左右；计算题的解题能力是必须掌握的基本技能，考前应当认真复习提高；简答题和综述题是推理、逻辑和关联思维能力的培养，需要融会贯通、熟练应用所学专业知识的应用性题目.2009.8.4Ⅱ，学位考试的复习

据以上分析，学位考试的复习讲座围绕4个主题进行：

①名词的定义、区别和判断；②简答和计算的内容举例；

③计算题解题举例；④综述题举例.

最后对学位考试的试题题型构成做一个大概的说明。一，必须掌握的基本概念2009.8.5一，必须掌握的基本概念

船舶原理作为一门专业的学位课程,它的内容是船舶设计的理论依据,是船舶性能研究、新船型开发的理论基础,涉及的面广而深.内容十分广泛.为了帮助大家复习,必须通过复习掌握以下一些基本概念:⒈船舶静力学

首吃水,尾吃水,船中吃水,平均吃水,漂心处吃水,吃水差，TPC,MTC;干舷,型深,总长,水线长,垂线间长,型寛,型排水体积,总排水体积,总排水量,满载排水量,空载排水量,标准排水量,正常排水量,压(轻)载排水量,最大排水量,储备浮力,载重线标志;CB,CM,Cw,Cp,Cvp,型值,横剖线图,纵剖线图,半宽水线图,型线图,舷墙顶线,甲板边线,梁拱;浮心,重心,漂心,浮心纵坐标最大(小)值处的漂心纵坐标值,邦戎曲线,费尔索夫曲线,符拉索夫曲线;2009.8.6横稳心半径,纵稳心半径,初稳性高,纵稳性高,静水力曲线;中和面,极限平面,自由液体的虚重心,悬挂重量的虚重心,稳性横截曲线,静稳性曲线,永倾角,极限静倾角,稳距,稳性消失角;动稳性曲线,动横倾角,极限动横倾角,最小倾覆力矩(臂),风压倾斜力矩(臂),进水角,进水角曲线,稳性衡准数;无限航区,沿海航区,遮蔽航区,远洋航区,极限(许用)重心高度曲线;抗沉性,第一类舱,第二类舱,第三类舱,增加重量法,损失浮力法,渗透率,面积渗透率,安全限界线,极限破舱水线,可浸长度,可浸长度曲线,许用舱长,分舱因数;⒉船舶阻力--雷诺定律,傅汝德定律,全相似定律,摩擦阻力,摩擦速度,实船-船模换算公式,尺度作用,尺度效应,形状效应,形状效应修正因子,水力光滑,傅汝德摩擦阻力公式,粗糙度补贴系数,污底;达朗贝尔疑题,分离点,粘压阻力,舭涡,粘性阻力,剩余阻力;船行波,色散关系,凯尔文角,凯尔文波,兴波长度,自然兴波阻力,Ⓟ,艏波系,艉波系,前肩波系,有利干扰,不利干扰,阻力曲线的峰谷点估计;2009.8.7破波阻力,破波现象,尾流阻力,附体阻力,附体系数,附体阻力百分数,附体阻力系数,附体尺度效应因子β;二因次换算法,傅汝德换算法,傅汝德假定,三因次换算,(1+k)法,休斯换算法,形状系数,形状因子;低速船,中速船,高速船,优良船型,瘦长系数,排水量长度系数,长度排水量系数,排水体积长度系数,最佳船长Lopt,理论最佳Cp曲线,临界方形系数CBc,球鼻首,球鼻首的“界限速度”,巡洋舰尾,方尾,椭圆形船尾,驱逐舰尾,球尾,涡尾,海军系数,海军系数法;回流速度,浅水阻塞效应,水深傅汝德数,极限波速,亚临界速度区,临界速度区,超临界速度区,不受浅水影响的最小水深,孤立波,阻塞系数,第一临界速度,第二临界速度,中间速度,许立汀中间速度法;2009.8.8⒊船舶推进正螺旋面,斜螺旋面,扭曲的螺旋面,螺旋线,等螺距,变螺距,实效螺距,螺距角,螺距三角形;盘面比,投射面比,展开面比,伸张面比,叶面比,桨叶平均宽度比;推进器载荷系数,理想推进器效率,理想螺旋桨的轴向诱导效率,理想螺旋桨的周向诱导效率,理想螺旋桨效率,螺旋桨效率η₀,叶元体结构效率;进速系数,滑脱比,实效螺距,无推力进程,无转矩进程,无转矩螺距,实效滑脱,实效滑脱比,相对旋转效率,伴流不均匀性对推力影响系数,伴流不均匀性对转矩影响系数,标称伴流,实效伴流,形势伴流分数,摩擦伴流分数,波浪伴流分数,形势推力减额分数,摩擦推力减额分数,波浪推力减额分数;推进系数,似是推进系数,敞水螺旋桨效率,船身效率,轴系传送效率,船后桨效率,推进效率,储备功率,储备功率百分数;2009.8.9汽化空泡,气化空泡,似是空泡,不发生空泡的极限速度Vk,气核,空泡数,汽化压力pv,初生空泡数σi,消失空泡数σd,局部空泡,球状空泡,片状空泡,全空泡,空泡斗,叶切面空泡限界线,泡状空泡临界空泡数,涡空泡,PHV空泡,云雾状空泡;船模自航点,实船自航点,摩擦阻力修正值FD,△CT,△w,CN,Cp,备用桨;⒋船舶操纵性航向稳定性,直线稳定性,方向稳定性,位置稳定性,自动稳定性,控制稳定性,使用稳定性,航向保持性,回转性,转首性,跟从性,停船性能;力位置导数,力矩位置导数,力旋转导数,力矩旋转导数,力线加速度导数,力矩线加速度导数,力角加速度导数,力矩角加速度导数,舵导数,控制导数;回转阻尼力矩系数N,回转惯性力矩系数I,舵转首力矩系数M,回转性指数K,应舵指数T,阻尼力臂ℓr,位置力臂ℓv,稳定性衡准数C,直线稳定性条件,转首指数P;定常回转直径,最小相对回转直径,战术直径,纵距,2009.8.10反横距,正横距,回转枢心,回转初速,回转速降,回转横倾;超越角,转首滞后,压舵角,滞后环,不稳定环,不稳定环高,不稳定环宽,阶跃操舵,阶跃回舵,换舵首向角;Φs,修长度,舵展弦比λ,平衡比e,舵面积比μ,失速角,临界攻角,临界舵角,回转阻尼CN,制流板,整流系数,伴流影响系数,桨尾流影响系数,舵柱影响系数,裕度,中纵剖面面积;转柱舵,主动舵,侧推器.鱼尾舵,襟翼舵,反应舵,整流舵,导流罩舵,麦鲁舵;⒌船舶摇荡遭遇浪向,砰击,上浪,失速,飞车,主动减速,适居性,晕船,航行使用性,砰击限制航速,上浪限制航速;风速,风时,风区长度,风浪,充分发展风浪,未充分发展风浪,涌浪,近岸浪,长峰波,短峰波,史密斯效应,平稳随机过程,各态历经性,数学期望,均值,均方值,方差,标准差,相关函数,自协方差函数;正态分布,瑞利分布,泊松分布,直方图,概率分布曲线,概率密度函数,保证率,超过概率,分布参数R,2009.8.11平均波幅,三一平均波幅,十一平均波幅,百三平均波幅,有义波幅,方差谱密度,功率谱密度,n阶谱矩mn,m₀,m₂,m₄,速度方差,加速度方差,谱宽参数,窄带谱,宽带谱,过零周期,过零波长,有效波周期,最大波高周期,谱峰周期,谱能量周期,谱形心周期，ITTC双参数谱;频率响应函数,脉冲响应函数,传递函数,时间恒定线性系统,响应幅值算子,幅频特性,相频特性,频率响应法,脉冲响应法,脉冲响应函数,遭遇周期,遭遇频率,自然频率,扰动力频率;设计极值,置信度,α系数,确定蒲福风级的标准,风浪尺度,海况,短涌,中涌,长涌;表观重力,有效波倾,有效波倾系数,表面波倾,有限吃水修正系数,有限船宽修正系数,相对横摇角,绝对横摇角;横摇频率响应函数,横摇放大因数,衰减系数,横摇固有频率,横摇固有周期,调谐因数,无因次衰减系数,谐摇,谐摇区,“随波逐流”,“巍然不动”,横摇系数;2009.8.12横浪主成分波,横浪有义成分波,横浪最大能量波长,横浪最大有义波长,亚临界区,临界区,超临界区,亚临界过渡区,超临界过渡区,谐摇波长;自由横摇周期,相当线性阻尼,横摇衰减曲线,横摇消灭曲线,横摇衰减系数,横摇线性阻尼系数,横摇平方阻尼系数;舭龙骨,龙骨板阻尼,表面阻尼,减摇比,减摇百分数,相当波倾量,减摇装置容量,双谐摇原则,U形水舱,自由液面水舱,槽型水舱;

顶浪谐摇波长,纵摇固有周期,垂荡固有周期,顶浪遭遇周期,主成分波,有义成分波,作业时间百分比,期望航速百分比.

对这些基本概念正确而全面地理解后便可能在3个似是而非的答案中判断出一个最正确的答案，拿到选择题的分.另外在正面回答名词的解释时，除阐述其定义外，还应叙述相关内容.2009.8.13现举例如下：⒈中和面

--高度为[d+½δd-GM]的平面,当载荷装卸在此平面内,对初稳性高没有影响,中和面亦称为极限平面.⒉自由液体的虚重心-—重度为w的自由液体,体积为V,重心位于a,自由液面对其倾斜轴线横向惯性矩为ix,则am=ix/V,自由液体对初稳性高的影响相当于把其重心从a点提高到m点的结果.m点便称为自由液体的虚重心.

⒊悬挂重量的虚重心—悬挂重物对初稳性高的影响相当于把重物的重心垂向移到悬挂点A,A点即称为悬挂重量的虚重心.⒋許用舱长=可浸长度×分舱因数F

許用舱长曲线仅作为保证船舶满足抗沉性的要求.若实际舱长小于或等于許用舱长,则船舶抗沉性满足浮性要求.但还需校核破舱稳性.2009.8.14⒌安全限界线—-在侧视图上,舱壁甲板上表面边线以下76㎜处与上甲板边线相平行(保持等距）的一条曲线.⒍分舱因数—用F表示,是决定船舶抗沉性要求的一个关键因素,其具体数值与船舶长度、用途及业务性质有关.对于一舱制船:1.0≽F≻0.5;对于二舱制船:0.5≽F≻0.33;对于三舱制船:0.33≽F≻0.25.⒎极限破舱水线—-安全限界线上各点的切线,表示所允许的最高破舱水线,即极限破舱水线.⒏舭涡—由于船首部舷侧水流沿斜向流入船底,使舭部很易产生界层分离而形成舭涡.且在船首底部形成低压区,所以舭涡不仅增加了粘压阻力,而且因造成船体在航行过程中的埋首现象,增加了船体湿面积和改变了水线长度及首尾形状,还增加了船体总阻力.⒐水力光滑—表面粗糙度几乎全部深埋在层流或层流底层之中,从而不影响界层内的流态.由于这种表面粗糙度对阻力没有影响,便称为水力光滑.

2009.8.15⒑最佳船长Lopt-–对高速船,随着船长L增大,排水量长度系数△/(0.01L)³减小,Rf的比重下降,Rr的比重上升,当Rr下降幅度超过Rf上升幅度时,总阻力是下降的.若L增大到一定程度,Rr的减小趋缓,而Rf却不断增大,使总阻力反而变大,此时对应总阻力最低点的船长便称为最佳船长Lopt.⒒理论最佳Cp曲线—-棱形系数Cp对Rf影响很小,对Rr有显著影响.当给定△/(0.01L)³后,对每一个Fr(或V/L½)有一个对应于最小剩余阻力的最佳Cp值.在整个速度范围内便可得出一条理论最佳Cp曲线.低速民船最佳Cp小,Rr也小,Cp对阻力的影响甚微,从船舶的使用性和经济性出发,实践最佳Cp值远较理论最佳Cp值为大;而高速军舰则为了照顾到经常使用的巡航速度情况下的经济性,实践最佳Cp值反而比理论最佳Cp值为低⒓傅汝德定律—-为兴波阻力相似定律,对于给定船型必有：Cw=f(Fr),即给定船型的兴波阻力系数仅是傅汝德数Fr的函数,当两形似船的Fr相等时,兴波阻力系数Cw必相等.⒔雷诺定律--Cv=f(Re),对一定形状的物体,粘性阻力系数仅与雷诺数有关.2009.8.16⒕临界方形系数—记为CBc.在每一Fr数下,当CB增大,Rt/△也随之增加,但在某一CB值以后,Rt/△增加更快,对中速船尤为明显.则称此CB为在该Fr数时的临界方形系数CBc.一般对应服务速度的最大方形系数应以CBc为限.⒖瘦长系数—即排水量长度系数△/(0.01L)³,代表船体瘦长程度.系数大者,船体肥而短;系数小则船体瘦长.对低速船,随着L加长,因造成Rf增大而Rr降低,使总阻力增大,故瘦长系数大、L较短者有利;对高速船,随着L加长,总阻力下降显著,故瘦长系数小、L大者有利.

⒗叶元体结构效率—-因螺旋桨运转于具有粘性的实际流体中,叶元体阻力与升力之比为ε,则引起的ηε=(1-εtanβi)/(1+ε/tanβi),即为叶元体结构效率,其中βi为叶元体的水动力螺距角.由于ε≠0,故ηε＜1.

⒘无推力进程—螺旋桨在不发生推力时旋转一周所前进的距离称为无推力进程,或实效螺距,以P₁表示.

2009.8.17⒙理想推进器效率—记为ηiA,ηiA=VA/(VA+½ua)=2/[1+(1+σT)½],VA为桨的进速,ua为桨盘远后方轴向诱导速度,σT=Ti/½ρA₀VA²为推进器载荷系数.在推力Ti和速度VA一定的条件下,增大螺旋桨直径D,以增大盘面积A₀、减小载荷系数σT,可提高推进器效率ηiA.

⒚无转矩螺距—-螺旋桨不遭受旋转阻力时旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距,用P₂表示.⒛船身效率—系船舶有效马力与螺旋桨推马力之比：ηH=PE/PT=R·V/T·VA=(1-t)/(1-w),表示了伴流分数w和推力减额分数t的合并作用.

21.实效滑脱—实效螺距P₁与进程hp之差,即为实效滑脱.其与实效螺距之比为实效滑脱比s₁:s₁=(P₁-hp)/P₁=1-hp/P₁=1-VA/(P₁n).

22.相对旋转效率—-在等推力法中,伴流不均匀性对转矩影响系数的倒数,即敞水桨转矩Q₀与船后桨转矩QB之比,称相对旋转效率:ηR=Q₀/QB=1/(QB/Q₀).或为船后桨效率ηB与敞水桨效率η₀之比:ηR=ηB/η₀.2009.8.1823.航向保持性---通过操舵来保持在既定航向航行的能力.据航行实践经验有2个衡量指标:①平均操舵频率≯4～6次/分,②平均操舵角不超过3°～5°.24.转首指数–记为P.代表操舵后船舶移动一个船长时,用以判别操舵效应的每单位舵角引起的首向角改变值,是船舶转首性的重要衡准指标.P值越大,船的转首性越好,而且其值比较稳定.但由于转首指数P仅与舵效及船的惯性有关,与回转阻尼无关,因此对于直线不稳定或稳定性较差的船,转首指数必须与表示稳定性的指数联合应用,才能全面反映操纵性能.25.回转枢心—在船体中纵剖面上漂角为零(或横向速度为零)的点,便称为回转枢心,该点用P表示.26.稳定性衡准数—-系数C=YvNr-Nv(Yr-mu₁)称为稳定性衡准数.C＞0表示船舶具有直线稳定性,C＜0表示船舶不具有直线稳定性.

2009.8.1927.消灭曲线—在所记录的自由横摇衰减曲线上,取相邻两次幅值的平均值φAm为横坐标,取相邻两次幅值之差△φA为纵坐标,△φA=f(φAm)即所绘制成的横摇消灭曲线,它表示了不同横摇幅值时的衰减情况.

28.相当波倾量—减摇装置的作用在于提供一个额外的稳定力矩,起抵消部分扰动力矩的作用,达到减小横摇的目的.把减摇装置的作用看成是对波倾的减小,这种对波倾的减小量就称为减摇装置的容量或相当波倾量,记作φs(°).29.谱宽参数-—表征谱密度的分布范围,用ε表示,定义为:ε=[1-m₂²/m₀m₄]½.当ε=0或接近0时,谱密度曲线窄而高,谱密度只分布在很窄的频率范围内,存在明显的主频率,称为窄带谱.当ε=1或接近1时,谱密度曲线宽而低,称为宽带谱.一般情况下,ε介于0与1之间.为了应用瑞利分布(ε=0)的理论结果,需对随机过程的标准差进行修正.若σζ代表符合瑞利分布的风浪标准差,则

σζ₁=[1-½ε²]½σζ便为考虑谱宽影响的风浪标准差.但当ε＜0.4时,可以不考虑谱宽的影响,而直接应用瑞利分布的理论结果.2009.8.2030.有效波倾系数—-记作Kφ,它是表面波倾α₀与有效波倾αm₀的比例系数,它是船体形状、船宽波长比、吃水和重心位置(与横摇瞬时轴位置有关)等因素的函数,同时也是波浪频率ω的函数.但对于风浪中的横摇,其响应主要集中在谐摇区的狭窄频带内,通常用谐摇时的Kφ代替整个频率区间内的Kφ不会引起太大的误差.我国海船稳性规范中对一般重心位置适中的民船,用以下近似公式计算谐摇附近规则波中的Kφ:Kφ=0.13+0.60zg/d.其中zg/d要满足附加条件:即zg/d值超过1.45时取1.45,小于0.917时取0.917.2009.8.21二，需要思考回答和计算的问题㈠船舶静力学⒈当船舶从海水区驶入淡水区(或反过来航行)时,船舶的浮态将如何变化？⒉试述船上小量货物移动时,船舶浮态和稳性变化的计算程序.⒊试述船舶装卸小量货物时,船舶浮态和稳性变化的计算程序.⒋为了减小自由液面对稳性的不利影响,可采取哪些有效措施？⒌试述静稳性曲线的特征,有几种典型的形状,较为理想的是哪一种？为什么？⒍我国[海船法定检验技术规则]对非国际航行海船规定哪3条稳性校核要求？⒎试述提高船舶最小倾覆力矩的有效措施.⒏试述上层建筑及自由液舱对静稳性曲线的影响.⒐试述动稳性曲线和静稳性曲线之间的关系和区别.⒑如何利用动稳性曲线作图求得最小倾覆力矩(或力臂)和极限动倾角？2009.8.22㈡船舶阻力⒒试述减小摩擦阻力的7条措施.⒓试述降低粘压阻力的4条具体措施.⒔为何深水波波能传播速度是波速之半？⒕试述减小常规船兴波阻力的4项措施.⒖试述破波阻力的特性,为什么压载状态时破波阻力比满载时高?⒗试述选择船舶长度的原则.⒘船舶设计时如何合理选取Cp？⒙球鼻首可减小那些阻力成分？⒚几何相似船模组试验研究可得出那些结论性意见？⒛何谓尺度作用？举例说明尺度效应修正的方法.21.试述浅水情况下凯尔文角、波长、船的航态将如何变化？22.傅汝德换算法有哪些不足之处？为何在工程上仍能沿用至今？2009.8.23㈢船舶推进23.试述螺旋桨模型敞水试验的全相似条件,实际仅满足哪些条件,如何进行尺度修正?24.实效伴流和标称伴流有何区别？有几种确定实效伴流的试验分析方法？25.试分析实船和船模伴流分数差别的原因以及有哪几种修正的方法？26.试述避免或延缓螺旋桨空泡的措施.27.何谓推进特性曲线？具体说明获得推进特性曲线的计算方法.28.为何当船-主机-螺旋桨不匹配时会发生〝重载〞,〝轻载〞现象？如何辨别？29.为了使船-主机-螺旋桨得到良好的配合，应如何选取螺旋桨的设计工况点？30.何谓备用桨,各国水池采用备用桨做自航试验的理由是什么,如何选用备用桨？2009.8.2431.何谓实船-船模相关分析？为何各国水池分析所得相关因子相当离散？32.简述船型对推进性能的影响.㈣船舶操纵性

33.何谓操纵六要素？34.为何水面船舶没有方向稳定性和位置稳定性？35.为什么说船舶的直线稳定性与回转性是相互矛盾的？36.试介绍国际海事组织IMO通过的《船舶操纵性暂行标准》的4点内容.37.能迅捷、简便地鉴别船舶直线稳定性的是什么试验方法？38.选取舵的平衡比e的原则是什么？如何能证明所选的平衡比e是恰当的?39.为何在设计小展弦比的舵时可近似使用由大展弦比机翼得出的普兰特换算公式？试简要说明使用的步骤.40.如何利用回转阻尼预估图和K´-T´相关图,据母型船的舵面积比决定设计船的舵面积比？41,试说明船舶中纵剖面艉部面积应如何按操纵性的具体要求来设计？2009.8.25㈤船舶摇荡42.何谓主动减速？在风浪中限制船舶航速的主要因素是什么？43.试述谱分析法的优点.它采用哪些基本假定?可解决哪些实际工程问题?44.试述船舶摇荡运动统计特性预报的大致步骤.45.为什么在一定风速和风时作用下广海的风浪级别高于沿海,沿海的海况级别高于广海？46.试从自由横摇和谐摇两方面说明无因次衰减系数μ是表征横摇性能的重要参数.47.当船舶处于横摇临界状态时,可采取哪些措施使船进入超临界状态？48.何谓因次转换？试据船模试验得到的摇荡频率响应函数写出相应实船的频率响应函数.2009.8.2649.如何据横摇系数评价船舶横摇的“软”、“硬”程度.5O.为何零航速时船舶在横浪作用下发生的横摇运动比有航速时严重？51.何谓相当波倾量φs？已知横摇放大因数和波倾角,如何估算减摇后的谐摇幅值？52.试说明我国海船稳性规范推荐的横摇固有周期计算公式中各参数的意义及公式的适用范围.分析提高横摇固有周期的有效措施.53.为何纵摇和垂荡总是同时进入谐摇状态,如何计算顶浪航行时的遭遇周期和谐摇波长？54.纵向对浪运动时不规则波的风浪谱密度内主成分波和有义成分波是如何划分的？55.不规则波中顶浪航行时如何划分纵向运动的各区域？试分析扩大亚临界区域的有效措施和改善临界区域纵摇垂荡运动特性的重要措施以及使船舶难以达到超临界区域的理由.56.为何通过改变遭遇浪向可以避免产生严重的横摇,但在遇到涌浪时选择首斜浪还是尾斜浪更有利的判断方法是什么？57.在怎样的条件下可以使用横浪中的横摇频率响应函数和顶浪中的纵摇、垂荡的频率响应函数来估算斜浪中的横摇运动和纵摇、垂荡运动？58.试述两大类耐波性综合指标的内容.2009.8.27三，计算题举例⒈巡洋舰的尺度为L=147.18m,B=20.4m,d=9.6m,CB=0.677,

满载水线面积Aw=2510m²,求驶入淡水域后平均吃水的变化.

答：

驶入淡水域后平均吃水减少19.44㎝=0.1944m.

解：驶入淡水域后排水量减少δ△=LBdCB(ρ海水-ρ淡水)g=147.18×20.4×9.6×0.677×(1025-1000)g

=19513.666×25×9.81=487841.65×9.81=4785726.5N=487.84吨.

TPC=1.0×Aw/100=25.1吨/㎝.

δd=δ△/TPC=487.84/25.10=19.44㎝=0.1944m.

2009.8.28⒉某船L=110m,B=11.5m,dF=3.3m,dA=3.2m,△=2360t,GM=0.8m,xF=-2.2m,GML=115m.现将船上p=50t的载荷自位置1处(x₁=25m,y₁=3m,z₁=2.5m)移到位置2处(x₂=10m,y₂=1.5m,z₂=6m),无初横倾,求船的浮态和初稳性.

答：吃水不变,增加尾倾0.16°后首吃水3.14m,尾吃水3.35m，吃水差

t=-0.21m,向左倾2.5°,忽略纵稳性高的变化,新初稳性高0.726m.解：G₁M=GM-p(z₂-z₁)/△=0.8-[50×(6-2.5)/2360]=0.726mG₁ML≈GML=115m,tanφ=p(y₂-y₁)/△G₁M=[50×(1.5-3)]/(2360×0.726)=-0.044

φ=tanˉ¹(-0.044)=-2.5°.即左倾2.5度

tanθ=p(x₂-x₁)/△GML=[50×(10-25)]/(2360×115)=-0.0027634

θ=tanˉ¹(-0.00276)=-0.16°.即尾倾0.16度(0.00276弧度)

dF₁=dF+(½L-xF)tanθ=3.3+(55+2.2)×(-0.00276)=3.142m

dA₁=dA+(½L+xF)tanθ=3.2-(55-2.2)×(-0.00276)=3.346m

校验：t₁=dF₁-dA₁=3.142-3.346=-0.204m，t=dF-dA=3.3-3.2=0.1m△t=t₁-t=-0.204-0.1=-0.304=L×tanθ=110×(-0.0027634)=-0.304m.

得证.2009.8.29⒊某船L=91.5m,B=14.0m,dF=3.75m,dA=4.45m,dM=4.1m,海水重度w=1.025t/m³,△=3340t,Aw=936.6m²,xF=-3.66m,GM=0.76m,GML=101m.

现将重量为p=150t的载荷装在坐标为x=6m,y=0.5m,z=7m处,求安装载荷后船的浮态和初稳性？答：平均吃水增量δd=0.156m,最后首、尾左右平均吃水为：

dF₁=4.12m,dA₁=4.43m,向右横倾约2度,向首纵倾约0.25度.

新初稳性高G₁M₁=0.61m,新纵稳性高G₁M₁L约96.66m.解：δd=p/(w×Aw)=150/(1.025×936.6)=0.156mG₁M₁=GM+[p/(△+p)][d+½δd-z-GM]=0.76+[150/(3340+150)][4.1+0.156/2-7-0.76]=0.606mG₁M₁L≈[△/(△+p)]GML=[3340/(3340+150)]×101=96.659mtanφ=py/[(△+p)G₁M₁]=(150×0.5)/[(3340+150)×0.606]=0.03546

φ≈2度（右倾）

tanθ=p(x-xF)/[(△+p)G₁M₁L]=[(150×(6+3.66)]/[(3340+150)×96.659]=.0043，

θ≈0.25゜(首倾)2009.8.30

δdF=(½L-xF)tanθ=(91.5/2+3.66)×0.0043=0.212m

δdA=-(½L+xF)tanθ=-(91.5/2-3.66)×0.0043=-0.181m

dF₁=dF+δd+δdF=3.75+0.156+0.212=4.12m

dA₁=dA+δd+δdA=4.45+0.156-0.181=4.43m校验：t=dF-dA=3.75-4.45=-0.7m，t₁=dF₁-dA₁=4.12-4.43=-0.31m△t=t₁-t=-0.31+0.7=0.39，又△t=L×tanθ=91.5×0.0043=0.39，得证.⒋船模试验时，测得船模速度为Vm=1.10m/s时，剩余阻力系数Cr=1.3610-3,模型缩尺比为=40，实船湿面积

S=800m2,试求实船剩余阻力.

答：实船的剩余阻力为26.99kN=2.75吨.

解：实船相应速度Vs=Vm×(40)½=6.957㎧=13.52kn（节）

实船剩余阻力为：Rr=Cr×½ρVs²S=1.36×10⁻³×½×1025×6.957²×800=26.99kN=27.51吨.2009.8.31⒌某海船LwL=100m，B=14m,T=5m,排水体积=4200m3,航速V=17节。今以缩尺比=25的船模在相应速度下测得兴波阻力1公斤，试求当缩尺比为=35时在相应速度下的兴波阻力。答:缩尺比为=35的船模在相应速度1.478㎧时的兴波阻力为0.3644kgf.

解:

=35船模的相应速度为17×0.5144/(35)½=1.478㎧,=25船模的相应速度为17×0.5144/(25)½=1.749㎧.

按傅汝德比较定律,当两形似船在相应速度时(或Fr相等时),单位排水量兴波阻力必相等.Rw₁/△₁=Rw₂/△₂,

∴Rw₂=Rw₁×△₂/△₁=1×(25/35)³=0.3644kgf.2009.8.32⒍某海船船长为L=86.0m，服务航速Vs=10.8节，最大航速Vmax=11.8节，棱形系数Cp=0.757,试求该船在此两航速下的ⓟ值？是否属于有利范围？答：服务航速Vs=10.8节时Ⓟs=0.551,处于峰区不利范围;

最大航速Vmax=11.8节时Ⓟmax=0.602,处于谷区有利范围.

解：CpL=65.102,(gCpL/2π)½=10.082㎧,Vs=10.8kn=5.5555㎧,Ⓟs=5.5555/10.082=0.551;

Vmax=11.8kn=6.06992㎧,Ⓟmax=6.06992/10.082=0.602;

由于Ⓟ=0.534～0.577为峰区,Ⓟs=0.551接近峰区中心

0.5547,故，处于峰区不利范围;

而Ⓟ=0.577～0.0632为谷区,Ⓟmax=0.602接近谷区中心0.603,故处于谷区有利范围.2009.8.33⒎已知螺旋桨的推进效率ηD=0.741,船后桨效率ηB=0.721,伴流分数w=0.112,求推力减额分数t.

答：t=0.087

解：ηh=ηD/ηB=0.741/0.721=1.0277，

1-t=(1-w)×ηh=(1-0.112)×1.0277=0.9126，∴t=0.087.⒏已知桨直径D=5m,船后桨收到功率PD=2100kw,推进功率PT=1400kw,

转速为120r/min,桨的进速VA=12kn.,取相对旋转效率ηR=0.99.求螺旋桨的转矩系数、推力系数及桨的敞水效率.答：KQ=0.013,KT=0.089,η₀=0.67,,解：n=120/60=2rps,VA=12×1852/3600=12×0.5144=6.1728㎧J=VA/nD=6.1728/(2×5)=0.617,推力T=PT/VA=1400/6.1728=226.8kN,

转矩Q=PD/2πn=2100/12.5664=167.113kNm,取ρ=1025kg/m³.

推力系数KT=T/ρn²D⁴=226.8/(1.025×4×625)=0.089.

转矩系数KQ=Q/ρn²D⁵=167.113/(1.025×4×3125)=0.013.

桨的敞水效率η₀=(J/2π)(KT/KQ)=(0.617/6.2832)(0.0885/0.013)=0.67.2009.8.34⒐某海域常见波长λ=92m,为避开谐摇区,航行于该海域的某船应具有多大的横摇固有周期Tφ？现有一船,其船宽

B=22m,重心高zg=6.6m,初稳性高h=2.21m;试分析此船遇到有义波高为3.4m的不规则横浪时,将处于何种临界状态？为了让船舶处于横摇缓和的超临界状态,应把该船的横摇固有周期提到多高？答:

船舶处于横摇运动激烈的临界区域;为使船舶处于横摇缓和的超临界状态,应把该船的横摇固有周期提高到11.44秒.解:

波浪周期T=(λ/1.56)½=(92/1.56)½=(58.9744)½=7.68s,

为避开谐摇区,Tφ应≥1.3T=9.98s.

Tφ=0.58×[(B²+4zg²)/h]½=0.58×[(22²+4×6.6²)/2.21]½=10.01s(＞9.98s).

主成分波:(30～50)×3.4m=102～170m;谐摇波长λφ=1.56×Tφ²=156.3m.λφ落在主成分波区内,处于临界区域,横摇运动激烈.λ最大有义=60×3.4=204m.

Tφ=(204⁄1.56)½=11.44s,所以当横摇固有周期Tφ=11.44s时,谐摇波长λφ=204.2m.船舶将进入横摇缓和的超临界状态.

2009.8.35四㈠，简答题举例⒈试分析实船和船模伴流分数差别的原因,并介绍一种尺度修正的方法.答:

船模和实船伴流分数存在差别的原因是由尺度作用所引起的¸由于实船的雷诺数远大于船模的雷诺数¸实船摩擦伴流带在实桨盘面内所占的面积比例较模型摩擦伴流带在桨模盘面内所占的面积比例为小¸致使实船的摩擦伴流分数wfs小于模型的摩擦伴流分数wfm¸考虑到边界层的存在对船体附近流线和兴波的影响¸wp和ww同样存在尺度作用¸但与摩擦伴流尺度作用相比毕竟是小量¸通常予以忽略.致使wm＞ws¸这就是所谓的伴流尺度作用.对单螺旋桨船效果较好的尺度作用修正方法有3种¸现介绍1种1978ITTC推荐的伴流修正公:ws=(tm+0.04)+[wm-(tm+0.04)]{[CFs(1+K)+△CF]/CFm(1+K)}式中K为形状因子.此外还有笹岛秀雄方法:ws=wpm+(wm-wpm)CFs/CFm,

其中wpm=tm.以及勃拉特-奥赫公式:ws=wpm+(wm-wpm)CFs/CFm,wpm=½tm[(1-wm)+{(1-wm)²+CTh}½],CTh=T/½ρV²A₀,上海交大140研究室分析得出修正建议:ws=ws(笹岛法)-0.03,ws=ws(勃-奥法)-.006.

2009.8.36

⒉螺旋桨模型敞水试验满足哪些相似条件,有没有尺度效应？如何进行尺度修正？答:

几何相似的桨模和实桨之间只满足运动相似条件:Jm=Js,当桨轴沉深hs≻0.625D(D为桨直径),兴波影响可忽略,傅汝德数可不予考虑.由于雷诺数相等的条件无法满足,故仅要求Re≻Rec.ITTC规定Re={b0.75R[Va²+(0.75πnD)²]½}/ν,并接受上海交大的建议,把Rec定为3.0×10⁵.由于雷诺数的较大差异,必定存在尺度效应:表现为在Jm=Js时,KTm<KTs,KQm>KQsη₀m<η₀s.

尺度修正有3种办法:①鉴于实桨表面比桨模粗糙而不予修正;②只修正KQ.在同一J值时,KQm/KQs=[Rem/Res]⁻²˙⁵⁸;③1978ITTC推荐的修正方法:KTs=KTm-△KT,KQs=KQm-△KQ.△KT=-0.3△CD(P/D)0.75R(b/D)0.75RZ;△KQ=0.25△CD(b/D)0.75RZ.△CD=CDm-CDs.CDm=2(1+2t/b)[(0.044/Re⅙)-(5/Re⅔)]CDs=2(1+2t/b)[1.89+1.62㏒(b/Kp)]⁻²·⁵.一般Kp=30×10⁻⁶m.2009.8.37⒊为何说水面船舶不操舵是不具有方向稳定性的？答:因为船舶受到外界扰动,一旦偏离了原来的航向,船后桨的推力方向和船速方向都发生了变化,对于具有直线稳定性的船,虽能恢复原来的直线运动状态,但无法改变桨的推力方向而恢复原来的航向,更无法自动回到原来的航线.所以任何水面船舶如不操舵都不具有方向稳定性和位置稳定性.

⒋试利用K、T指数说明船舶的直线稳定性与回转性是相矛盾的.答:在一阶线性操纵响应模型(野本方程)中,指数T=I/N为船舶回转中的惯性力矩系数与阻尼力矩系数之比,K=M/N为舵的转船力矩系数与阻尼力矩系数之比.当回转阻尼力矩系数N增大时,回转性指数K减小,回转性变差;同时可作为衡量直线稳定性程度的应舵指数或称跟从性指数的T也相应减小,表示船舶的直线稳定性和跟从性变好.反之,若N减小,则K与T同时增大,结果回转性改善而稳定性和跟从性变差.所以说船舶的直线稳定性(包括跟从性)是与回转性相矛盾的.2009.8.38⒌试述国际海事组织IMO建议的操纵性标准的基本内容.答:

规定凡1994.7.1.开工建造或改建的船长为100m及100m以上带舵自航船舶以及所有化学品船、气体运输船,其操纵性能应符合暂行标准的规定.暂行标准规定的操纵性衡准为:㈠回转能力—船舶以左(右)35°舵角回转时,回转圈的纵距应不超过

4.5L(L为船长),战术直径应不超过5.0L.

㈡初始回转能力—操左10°舵角或右10°舵角,首向角从初始航向改变10°时,船舶前进的纵距应不超过2.5L.㈢偏航纠正和航向保持能力—⑴10°/10°Z形操纵试验测得的第一超越角应不超过

10°,如L/V＜10s;20°,L/V≥30s;(5+L/2V)°,如10s≤L/V＜30s.⑵10°/10°Z形操纵试验测得的第二超越角应不超过上述第一超越角的衡准值再加15°;⑶20°/20°Z形操纵试验测得的第一超越角应不超过25°;㈣停船能力—全速倒车停船试验测得的停船轨迹应不超过15L,但如果因船舶排水量大而使该衡准值不切合实际时,主管机构可修改该衡准值.2009.8.39⒍试述提高无因次衰减系数μ的有效而安全的措施.答:根据定义μ=N/[Ixx´Dh]½,由于减小总惯性矩会同时减小横摇固有周期Tφ,可能会对横摇产生不利影响.故提高μ值的安全而有效的措施只有两条:①增加阻尼N,如设置舭龙骨;②在保证安全的前提下减小初稳性高h的值.

⒎何谓操纵六要素？答:所谓操纵六要素即舵、车、锚、缆、风和流,其中舵是操纵中的关键性设备.要正确地驾驶船舶就需要合理地使用它们,2009.8.40⒏试以中纵剖面艉部面积的变化,说明船舶的直线稳定性与回转性是一对矛盾的特性.答:中纵剖面面积和形状是影响船舶操纵性最为重要的因素.实践表明,中纵剖面艉部面积和船尾形状的微小变动对船舶操纵性都有明显的影响:为提高船舶的直线稳定性,可采取措施增加中纵剖面艉部面积、使中纵剖面面积形心后移,最好使形心处于重心之后.例如,增加呆木、增加尾倾、切去前踵、前倾首柱等;而为了提高船舶的回转性,需采取削弱航向稳定性的措施:例如减小呆木或在呆木上开孔,对于设有中舵的船甚至可以不用呆木.但要注意,不能导致船舶严重的直线不稳定.因此,明显可见船舶的直线稳定性与回转性是一对矛盾的特性.2009.8.41⒐谱分析法有哪些优点,基于哪三个基本假定,能解决哪三方面问题？答:

谱分析法的优点为,作为不确定的两个随机过程,在谱密度之间存在确定的响应关系.在理论上基于3个基本假定:

⑴风浪和船舶运动等都认为是各态历经的平稳随机过程,

因此对于迅速衰减或发展的海面条件必须慎重;⑵风浪和船舶运动等视为窄带谱;

⑶船舶视为时间恒定的线性系统.

能解决以下3方面的问题:

①已知风浪谱密度和频率响应函数,求船舶运动等的谱密；

②已知风浪谱密度和由测量分析所得的运动谱密度,可求得频率响应函数；

③在某一海区用已知频率响应函数的船舶,测量分析其运动谱密度,从而得出该海区的风浪谱密度.2009.8.42四㈡，综述题的含义及举例船舶的每一项动力性能都与船舶有关的几何要素和运动要素有着密切的依赖关系，同时，不少动力性能相互之间存在着矛盾的制约关系.因此船舶设计人员应通过对几何要素的甄选，来改变、控制或调节各项动力性能，以满足船东对所订造船舶的动力性能的(船舶设计任务书中规定的)各项要求.这就需要用辩证、关连的思维，用综合加权平衡的方法，建立综合优化指标(大部分是无因次的组合量),经过大量的计算、试验,或作图分析