四附加阻力课件.pptx

1、12/30/20221 4-1 4-1 附体阻力附体阻力 船舶设计水线以下的船舶设计水线以下的舭龙骨、舵舭龙骨、舵、轴包轴包架架、轴和支轴架轴和支轴架等，统称为船的附体。等，统称为船的附体。由于船的附体通常位于水下较深位置，由于船的附体通常位于水下较深位置，且相对尺寸较小，因而认为附体阻力的主要且相对尺寸较小，因而认为附体阻力的主要成分是成分是摩擦阻力和粘压阻力摩擦阻力和粘压阻力。那些较短的附。那些较短的附体，如支轴架等，其阻力成分几乎都是粘压体，如支轴架等，其阻力成分几乎都是粘压阻力，并认为其阻力系数与速度无关；另一阻力，并认为其阻力系数与速度无关；另一类是长附体或沿流线方向安装的附体，如舭

2、类是长附体或沿流线方向安装的附体，如舭龙骨、轴包架等，其阻力几乎都是摩擦阻力。龙骨、轴包架等，其阻力几乎都是摩擦阻力。12/30/20222一、确定附体阻力的方法一、确定附体阻力的方法 1 1经验公式确定附体阻力经验公式确定附体阻力(1)(1)舭龙骨舭龙骨：应沿水流方向安装。所增的阻：应沿水流方向安装。所增的阻力一般不大于裸船体阻力的力一般不大于裸船体阻力的1%1%3%3%或取其摩或取其摩擦阻力的擦阻力的5/35/3倍。倍。(2)(2)舵舵：流线型舵的阻力可取其自身摩擦阻：流线型舵的阻力可取其自身摩擦阻力的力的1.51.5倍。对单螺旋桨船，舵的阻力一般约倍。对单螺旋桨船，舵的阻力一般约为裸船体

3、阻力的为裸船体阻力的l%l%2%2%。对双螺旋桨的双边。对双螺旋桨的双边舵，其阻力值约为裸船体阻力的舵，其阻力值约为裸船体阻力的3%3%5%5%。12/30/20223(3)(3)坞座龙骨：坞座龙骨：其阻力可取为其自身摩擦阻力的其阻力可取为其自身摩擦阻力的4 4倍。倍。(4)(4)轴包架：轴包架：阻力值在一般情况下约为裸船体阻力的阻力值在一般情况下约为裸船体阻力的5%5%10%10%。(5)(5)轴支架和轴：轴支架和轴：采用左右两轴支架的阻力可按下面的经采用左右两轴支架的阻力可按下面的经验公式计算：验公式计算：56.02s2VbR架12/30/20224 在船舶设计中，附体阻力常用附体系数在船

4、舶设计中，附体阻力常用附体系数k kapap的形式来表示。计及附体后的实船有效功的形式来表示。计及附体后的实船有效功率率P Pe1e1可由下式计算得到：可由下式计算得到：P Pe1e1=P Pebeb(1+(1+k kapap)其中，其中，P Pebeb为裸船体所需有效功率。为裸船体所需有效功率。表4-1 不同类型船的附体系数船 舶 种 类 kap(%)单螺旋桨民用船双螺旋桨民用船双或四螺旋桨高速军舰 25713815 12/30/202252 2应用模型试验确定附体阻力应用模型试验确定附体阻力 设由模型试验得到的裸体船模的总阻力为设由模型试验得到的裸体船模的总阻力为Rm，加装，加装全部附体后

5、的总阻力为全部附体后的总阻力为(Rm+Rm)，则模型的附体，则模型的附体阻力系数阻力系数Capm为：为：相应实船的附体阻力相应实船的附体阻力Rs 可由下面方法得到：可由下面方法得到：(1)认为实船的附体阻力系数认为实船的附体阻力系数Caps等于船模的附体等于船模的附体阻力系数阻力系数Capm，则有：，则有：2mmmmapm21SRC12/30/20226 Rs=Capm sSss 由于尺度效应的影响，按上式计算实船附体阻力结由于尺度效应的影响，按上式计算实船附体阻力结果偏大，为此引入一个附体尺度效应因子果偏大，为此引入一个附体尺度效应因子进行修进行修正，即有：正，即有：Rs=Rm 或或 Cap

6、s=Capm (2)认为实船的附体系数认为实船的附体系数kaps等于模型的附体系数等于模型的附体系数kapm。这样，实船的附体阻力为：。这样，实船的附体阻力为：Rs=kapm Rs=Rm Rs/Rm 由于该换算法的尺度效应较小，所以实用上，由于该换算法的尺度效应较小，所以实用上，常用这种方法确定实船的附体阻力。常用这种方法确定实船的附体阻力。212312/30/20227二、附体设计应注意的事项二、附体设计应注意的事项(1)(1)附体应沿船体流线方向设置。附体应沿船体流线方向设置。(2)(2)尽可能采用湿面积较小的附体。尽可能采用湿面积较小的附体。(3)(3)附体沿水流方向应采用流线型剖面。附

7、体沿水流方向应采用流线型剖面。12/30/20228 4-2 空气阻力 一、确定空气阻力的方法一、确定空气阻力的方法 1 1根据风洞试验资料估算根据风洞试验资料估算 空气阻力几乎全部由粘压阻力组成，它可表示为：空气阻力几乎全部由粘压阻力组成，它可表示为：2 2倒置船模阻力试验确定空气阻力倒置船模阻力试验确定空气阻力 计算空气阻力的公式如下：计算空气阻力的公式如下：2ataaaa21ACR2Ataa94.47VkAR12/30/202293 3计算空气阻力系数或取空气阻力百分数计算空气阻力系数或取空气阻力百分数 如果已确定船的附体阻力和空气阻力，则实船的如果已确定船的附体阻力和空气阻力，则实船的

8、有效功率为有效功率为 Pet=Peb(1+kap+kaa)式中，式中，Pet 又称静水有效功率。又称静水有效功率。SASRC/001.021t2saaaa12/30/202210二、影响空气阻力的因素二、影响空气阻力的因素 (1)(1)与上层建筑的型式及其在船中横剖面上的投影与上层建筑的型式及其在船中横剖面上的投影 面积有关。面积有关。上层建筑尽可能低而长，这样可减小迎风面积上层建筑尽可能低而长，这样可减小迎风面积；桥楼各层的后端依次制成阶梯形；桥楼各层的后端依次制成阶梯形；上层建筑前端设计成流线型；上层建筑前端设计成流线型；短小的上层建筑合并。短小的上层建筑合并。(2)(2)与相对风向角有关

9、。与相对风向角有关。(3)(3)空气阻力与相对速度空气阻力与相对速度a a的平方成正比关系。的平方成正比关系。12/30/202211 4-3 4-3 波浪增阻波浪增阻 一、在波浪中引起阻力增加的主要原因一、在波浪中引起阻力增加的主要原因 1 1船体运动船体运动 船舶在波浪中航行时，将产生纵摇、升沉、横摇船舶在波浪中航行时，将产生纵摇、升沉、横摇和摇首等各种运动，使阻力增加，航速降低。一般和摇首等各种运动，使阻力增加，航速降低。一般认为引起船舶阻力增加主要是由认为引起船舶阻力增加主要是由纵摇、升沉纵摇、升沉运动所运动所致，而横摇和摇首较为次要。致，而横摇和摇首较为次要。2 2船体对波浪的反射作

10、用船体对波浪的反射作用 由于波浪遇到船体后，被船体反射而产生反射水由于波浪遇到船体后，被船体反射而产生反射水波，该水波的能量就是船体阻力增值的一部分。波，该水波的能量就是船体阻力增值的一部分。12/30/202212二、影响波浪中阻力增值的因素二、影响波浪中阻力增值的因素 (1)(1)从波浪情况来看：从波浪情况来看：同一船舶的波浪中阻力增值将随所遭遇的波高同一船舶的波浪中阻力增值将随所遭遇的波高而增加；而增加；当波浪周期与船的纵摇周期接近时，船体阻力当波浪周期与船的纵摇周期接近时，船体阻力增值可能很大；增值可能很大；路易斯的研究指出，所遇波浪的波长大于船长路易斯的研究指出，所遇波浪的波长大于船

11、长3/43/4时所产生的运动将大为加剧，波浪中的阻力增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。值亦将显著增大。(2)(2)从船型来看：从船型来看：船模在波浪上的试验和实船试验船模在波浪上的试验和实船试验结果证明，在静水中阻力较低的船型在波浪中的阻结果证明，在静水中阻力较低的船型在波浪中的阻力增值仍将相应较低。力增值仍将相应较低。12/30/202213三、波浪中阻力增值的处理与储备功率三、波浪中阻力增值的处理与储备功率(1)(1)由于波浪阻力增值的存在，如保持静水由于波浪阻力增值的存在，如保持静水中相同功率时，航速必然会有所下降，这种中相同功率时，航速必然会有所下降，这种航速的

12、减小称为速度损失或简称航速的减小称为速度损失或简称失速失速。(2)(2)考虑到波浪中的阻力增值，如要维持静考虑到波浪中的阻力增值，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，所增加的功率称为增加，所增加的功率称为储备功率储备功率。12/30/202214 船舶设计中常用储备功率百分数船舶设计中常用储备功率百分数(或称附加数或称附加数)来表示储备来表示储备功率的大小。该百分数是在已计入附体阻力、空气阻力以后功率的大小。该百分数是在已计入附体阻力、空气阻力以后所需静水航行功率后再增加的功率百分数，记为所需静水航行功率后再增加的功率百分数，记为kaw。

13、这样计。这样计及波浪中阻力增值等因素后的实际及波浪中阻力增值等因素后的实际有效功率有效功率Pew 与与 静水有效静水有效功率功率Pet的关系为：的关系为：Pew =Pet(1+kaw)(4-14)以以(4-11)式代入，则有：式代入，则有：Pew =Peb(1+kap+kaa)(1+kaw)(4-15)并以此来确定主机功率。船舶建成后，在要求装载情况下，并以此来确定主机功率。船舶建成后，在要求装载情况下，且主机以额定功率时在平静水域中所能达到的速度叫试航速且主机以额定功率时在平静水域中所能达到的速度叫试航速度。但考虑到船舶在航行中因受风浪和污底等原因致使增加度。但考虑到船舶在航行中因受风浪和污

14、底等原因致使增加阻力，故实际航速总是低于试航速度。因此常以持久功率阻力，故实际航速总是低于试航速度。因此常以持久功率(约为额定功率的约为额定功率的85%90%)在平均海况下船舶所能达到的在平均海况下船舶所能达到的航速称为服务速度。航速称为服务速度。12/30/202215 储备功率储备功率的多少应视船长、船型、航道的多少应视船长、船型、航道和船的业务性质而异。和船的业务性质而异。一般取一般取 kaw=15%30%考虑汹涛阻力的另一种方法是将服务速考虑汹涛阻力的另一种方法是将服务速度另加度另加0.5l.0 kn作为作为试航速度试航速度，然后以此试，然后以此试航速度为基础来估算功率。航速度为基础来估算功率。12/30/202216