船舶阻力与推进自学考试试卷

船舶阻力与推进自学考试试卷一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分）1.船舶在水中运动时，船体表面与水之间的摩擦所产生的阻力称为（）A.兴波阻力B.摩擦阻力C.粘压阻力D.破波阻力2.下列关于摩擦阻力的说法中，正确的是（）A.摩擦阻力与船速的平方成正比B.摩擦阻力与船体表面积成反比C.摩擦阻力与水的粘性系数成正比D.摩擦阻力与雷诺数成正比3.船舶在浅水中航行时，由于水深变浅，船舶的阻力会（）A.减小B.增大C.不变D.不确定4.兴波阻力是由于船舶航行时兴起波浪，波浪的能量消耗所引起的阻力，其主要与（）有关。A.船型B.船速C.水深D.水的密度5.船舶的方形系数是指（）A.船的排水体积与船长、型宽、型深乘积之比B.船的排水体积与水线面面积、平均吃水乘积之比C.船的排水体积与中横剖面面积、船长乘积之比D.船的排水体积与水线面面积、型宽乘积之比6.下列船型中，一般兴波阻力较小的是（）A.肥大型船B.瘦削型船C.宽浅型船D.深窄型船7.傅汝德数（Fr）是表征船舶运动状态的一个重要参数，它与（）有关。A.船速、船长B.船速、吃水C.船速、型宽D.船速、排水体积8.船舶的粘压阻力是由于船体表面粘性作用，使船体周围压力分布发生变化而产生的阻力，它主要与（）有关。A.船体表面粗糙度B.船型C.船速D.水的密度9.船模试验是研究船舶阻力与推进的重要手段，船模与实船之间的阻力换算通常采用（）方法。A.傅汝德法B.雷诺法C.弗劳德雷诺法D.模型相似法10.螺旋桨是船舶常用的推进器，螺旋桨的推力是通过（）产生的。A.桨叶对水的作用力B.水对桨叶的反作用力C.螺旋桨的旋转惯性D.船舶的航行速度11.螺旋桨的盘面比是指（）A.桨叶面积与螺旋桨直径平方之比B.桨叶面积与螺旋桨盘面面积之比C.桨叶投影面积与螺旋桨盘面面积之比D.桨叶伸张面积与螺旋桨盘面面积之比12.螺旋桨的进速系数是指（）A.螺旋桨的进速与螺旋桨直径之比B.螺旋桨的进速与螺旋桨转速之比C.螺旋桨的进速与螺旋桨理论上前进的速度之比D.螺旋桨的进速与船舶的航行速度之比13.当螺旋桨的进速系数增大时，螺旋桨的效率通常会（）A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小14.船舶的有效功率是指（）A.船舶克服阻力以一定速度航行所需的功率B.主机发出的功率C.螺旋桨吸收的功率D.推进器推进船舶前进所做的有用功的功率15.船舶的推进效率是指（）A.有效功率与主机功率之比B.有效功率与螺旋桨吸收功率之比C.螺旋桨吸收功率与主机功率之比D.推进器推进船舶前进所做的有用功与主机所做的功之比16.伴流是指船舶航行时，船体周围水流的速度分布情况，伴流对螺旋桨的工作影响是（）A.使螺旋桨的进速减小B.使螺旋桨的进速增大C.使螺旋桨的推力减小D.使螺旋桨的效率降低17.推力减额是指由于船体对螺旋桨的影响，使螺旋桨的推力小于其在敞水中的推力，推力减额系数是（）A.推力减额与螺旋桨敞水推力之比B.推力减额与螺旋桨在船后推力之比C.螺旋桨在船后推力与敞水推力之比D.螺旋桨敞水推力与在船后推力之比18.下列关于船舶附体阻力的说法中，正确的是（）A.附体阻力只包括舵的阻力B.附体阻力与船体主尺度无关C.附体阻力主要与附体的形状和数量有关D.附体阻力在船舶总阻力中所占比例很小，可忽略不计19.船舶在波浪中航行时，由于波浪的作用，船舶的阻力会（）A.减小B.增大C.不变D.可能增大也可能减小20.改善船舶推进性能的措施不包括（）A.优化船型B.提高螺旋桨效率C.增加船体重量D.采用节能装置二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.船舶的阻力按其产生的原因可分为（）A.摩擦阻力B.兴波阻力C.粘压阻力D.附体阻力E.空气阻力2.影响摩擦阻力的因素有（）A.船体表面粗糙度B.水的粘性C.船体表面积D.船速E.雷诺数3.船舶在浅水中航行时，阻力增大的原因包括（）A.水流的相对速度增大B.船体下沉和纵倾变化C.兴波作用改变D.水的粘性增大E.船体与水底的摩擦增加4.兴波阻力的影响因素主要有（）A.船速B.船型C.水深D.方形系数E.傅汝德数5.船模试验中，为保证模型与实船的相似性，需要满足的相似条件有（）A.几何相似B.运动相似C.动力相似D.表面粗糙度相似E.雷诺相似6.螺旋桨的性能参数包括（）A.直径B.螺距C.盘面比D.进速系数E.效率7.影响螺旋桨效率的因素有（）A.进速系数B.桨叶形状C.盘面比D.螺旋桨的转速E.伴流系数8.船舶的推进装置包括（）A.主机B.螺旋桨C.轴系D.传动设备E.舵9.船舶的有效功率与（）有关。A.船舶的阻力B.船舶的航行速度C.主机功率D.螺旋桨效率E.推进器的类型10.改善船舶推进性能的方法有（）A.采用节能螺旋桨B.优化船型设计C.加装导流罩D.采用气垫船技术E.提高主机燃油效率三、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.船舶阻力的分类中，摩擦阻力主要取决于船体表面状况、______和______等因素。2.兴波阻力的大小与船速的______次方成正比，且与船型的______密切相关。3.傅汝德数的表达式为______，它反映了______与重力的相对关系。4.船模试验中，傅汝德法主要是基于______相似原理，将船模阻力换算到实船阻力时，需要考虑______阻力和______阻力的换算。5.螺旋桨的推力系数是指______与______的比值。6.螺旋桨的进速是指______，进速系数的变化会影响螺旋桨的______和______。7.船舶的有效功率公式为______，它是船舶克服______以一定速度航行所需的功率。8.船舶的推进效率包括______效率、______效率和______效率等。9.伴流的存在会使螺旋桨的进速______，从而影响螺旋桨的______和______。10.船舶在波浪中航行时，波浪增阻主要包括______增阻和______增阻。四、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1.简述摩擦阻力的产生机理及影响因素。2.说明船舶在浅水中航行时阻力增大的原因。3.简述船模试验中傅汝德法的基本原理和步骤。4.分析螺旋桨进速系数对螺旋桨性能的影响。5.阐述船舶推进效率的组成及提高推进效率的途径。五、论述题（本大题共1小题，共10分）结合实际，论述船舶阻力与推进技术的发展趋势及其对船舶性能的影响。参考答案一、单项选择题1.B2.C3.B4.B5.A6.B7.A8.B9.A10.B11.D12.C13.D14.A15.B16.A17.A18.C19.B20.C二、多项选择题1.ABCDE2.ABCDE3.ABC4.ABCDE5.ABC6.ABCDE7.ABCDE8.ABCD9.AB10.ABCD三、填空题1.水的粘性；雷诺数2.三；肥瘦程度3.Fr=V/√(gL)；惯性力4.重力；摩擦；剩余5.螺旋桨推力；(ρn²D⁴)（ρ为水的密度，n为转速，D为直径）6.螺旋桨在单位时间内前进的距离；推力；效率7.PE=Rv（R为船舶阻力，v为船速）；阻力8.敞水；船身；推进器9.减小；推力；效率10.波浪兴波；波浪抨击四、简答题1.摩擦阻力的产生机理及影响因素：产生机理：当船舶在水中运动时，船体表面与水之间存在相对运动，由于水的粘性，在船体表面会形成一层极薄的边界层。边界层内的水流速度从船体表面的零速度逐渐增加到主流速度，水流各层之间以及水流与船体表面之间存在摩擦力，这种摩擦力的总和就是摩擦阻力。影响因素：船体表面粗糙度：粗糙度越大，摩擦阻力越大。水的粘性：粘性越大，摩擦阻力越大。船体表面积：表面积越大，摩擦阻力越大。船速：一般来说，摩擦阻力与船速的1.825次方成正比。雷诺数：雷诺数反映了水流的流动状态，雷诺数不同，摩擦阻力也不同。2.船舶在浅水中航行时阻力增大的原因：水流相对速度增大：浅水中水流受到限制，其相对船体的速度增大，根据伯努利方程，压力降低，导致船体周围的压力分布改变，从而使阻力增大。船体下沉和纵倾变化：浅水中航行时，船体周围的水流状态改变，会引起船体下沉和纵倾变化。下沉会使船体吃水增加，湿表面积增大，摩擦阻力增大；纵倾变化会改变船体的兴波状态，使兴波阻力增大。兴波作用改变：浅水限制了波浪的传播，兴波作用发生变化，兴波阻力增大。同时，浅水还可能导致波浪与船体的相互作用更加复杂，进一步增加阻力。3.船模试验中傅汝德法的基本原理和步骤：基本原理：傅汝德法基于重力相似原理，认为船模和实船在相似的水流条件下，兴波阻力与重力有关，只要满足傅汝德数相等，船模和实船的兴波阻力系数就相等。同时，摩擦阻力按照雷诺数相似的规律进行修正。步骤：制作船模：按照一定比例制作与实船几何相似的船模。进行船模试验：在船模试验池中，以不同速度拖动船模，测量船模的阻力。摩擦阻力计算：根据船模的尺寸、速度和水的粘性等参数，计算船模的摩擦阻力。剩余阻力计算：用船模的总阻力减去摩擦阻力，得到剩余阻力（主要是兴波阻力和粘压阻力）。阻力换算：根据傅汝德数相等的原则，将船模的剩余阻力换算到实船；同时，按照雷诺数相似的方法对实船的摩擦阻力进行计算，最后将实船的摩擦阻力和换算后的剩余阻力相加，得到实船的阻力。4.螺旋桨进速系数对螺旋桨性能的影响：对推力的影响：进速系数增大时，螺旋桨的推力通常减小。因为进速系数反映了螺旋桨进速与螺旋桨理论上前进速度的比值，进速系数增大意味着螺旋桨在单位时间内前进的距离相对增加，桨叶对水的作用减弱，从而导致推力减小。对扭矩的影响：一般情况下，进速系数增大，螺旋桨的扭矩也会减小。这是由于进速增加，桨叶与水的相互作用强度降低，所需克服的扭矩也相应减小。对效率的影响：螺旋桨的效率与进速系数有密切关系。在一定范围内，随着进速系数的增大，螺旋桨的效率逐渐增大，当进速系数达到某一值时，效率达到最大值；之后，随着进速系数继续增大，效率开始下降。这是因为进速系数较小时，螺旋桨的推进效率主要受桨叶对水的冲击损失等因素影响；当进速系数适中时，桨叶的工作状态较为理想，效率较高；而进速系数过大时，桨叶的推进效果变差，效率降低。5.船舶推进效率的组成及提高推进效率的途径：推进效率的组成：敞水效率：是螺旋桨在敞水中工作时的效率，反映了螺旋桨本身将主机功率转化为推力功率的能力，与螺旋桨的设计参数如直径、螺距、盘面比等有关。船身效率：考虑了船体对螺旋桨工作的影响，主要与伴流系数和推力减额系数有关。伴流使螺旋桨的进速减小，在一定程度上提高了螺旋桨的效率；而推力减额则使螺旋桨的有效推力减小，降低了推进效率。船身效率反映了船体与螺旋桨之间的匹配程度。推进器效率：是综合考虑了主机到推进器整个推进系统的效率，包括主机的功率传递效率、轴系的传动效率等。提高推进效率的途径：优化船型设计：设计合理的船型，如减小船型的阻力系数，优化船体的肥瘦程度和线型，以降低船舶的阻力，从而提高推进效率。采用节能螺旋桨：研发新型节能螺旋桨，如大侧斜螺旋桨、对转螺旋桨等，改善螺旋桨的性能，提高敞水效率。改善船体与螺旋桨的匹配：通过合理设计船体和螺旋桨的参数，减小伴流系数和推力减额系数，提高船身效率。例如，加装导流罩等装置来优化伴流分布。提高主机和轴系的性能：采用高效的主机，提高主机的燃油效率；优化轴系的设计，减少传动过程中的能量损失，提高推进器效率。采用先进的推进技术：如采用电力推进、喷水推进等新型推进技术，根据不同的船舶需求和工况，选择合适的推进方式，以提高整体推进效率。五、论述题船舶阻力与推进技术的发展趋势及其对船舶性能的影响（一）发展趋势1.船型优化：随着计算机辅助设计（CAD）和计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，船型的优化设计更加精准和高效。未来船型将朝着更加流线型、低阻力的方向发展。例如，针对不同的航行工况和载货需求，设计出具有特殊线型的船舶，如双体船、三体船等多体船型，它们在高速航行时具有较低的兴波阻力；还有一些超大型集装箱船，通过优化船型的肥瘦程度、水线形状等，降低了摩擦阻力和兴波阻力。2.节能螺旋桨技术：研发新型节能螺旋桨是推进技术的重要发展方向。大侧斜螺旋桨得到了更广泛的应用和改进，它可以有效降低螺旋桨的振动和噪声，同时提高推进效率。对转螺旋桨技术也在不断发展，通过前后两个螺旋桨的反向旋转，充分利用水流的能量，提高推进效率，并且可以减少尾流的旋转能量损失。此外，还在研究可变螺距螺旋桨的智能化控制，使其能够根据船舶的航行工况实时调整螺距，以达到最佳的推进效果。3.新型推进技术：电力推进：电力推进系统具有布置灵活、噪音低、效率高等优点，在一些特种船舶如豪华邮轮、海洋工程船等中得到越来越多的应用。随着电池技术和电力电子技术的进步，电力推进的续航能力和可靠性不断提高，未来有望在更多类型的船舶上推广应用。喷水推进：喷水推进适用于高速船舶，如高速客船、游艇等。它具有推进效率高、操纵性能好等特点。目前，正在研究如何进一步提高喷水推进系统的效率，以及优化其与船体的匹配，以适应不同的航行需求。超导推进：虽然目前超导推进技术还处于研究阶段，但它具有巨大的潜力。超导推进利用超导材料实现无电阻的电流传输，产生强大的磁场，从而驱动船舶前进，理论上可以实现极高的推进效率和极低的能耗。4.智能推进系统：结合物联网、大数据和人工智能技术，船舶推进系统将实现智能化。智能推进系统可以实时监测船舶的航行状态、海况等信息，自动调整主机功率、螺旋桨转速和螺距等参数，以达到最佳的推进效果和节能目的。同时，还可以对推进系统进行故障诊断和预测性维护，提高系统的可靠性和安全性。（二）对船舶性能的影响1.降低阻力：优化的船型设计可以显著降低船舶的阻力，包括摩擦阻力、兴波