1/1第一章總論1.船舶快速性，船舶快速性問題的分解。船舶快速性：對一定的船舶在給定主機功率時，能達到的航速較高者快速性好；或者，對一定的船舶要求達到一定航速時，所需主機功率小者快速性好。船舶快速性簡化成兩部分:“船舶阻力”部分：研究船舶在等速直線航行過程中船體受到的各種阻力問題。“船舶推進”部分：研究克服船體阻力的推進器及其與船體間的相互作用以及船、機、槳（推進器）的匹配問題。2.船舶阻力，船舶阻力研究的主要內(nèi)容、主要方法。船舶阻力：船舶在航行過程中會受到流體（水和空氣）阻止它前進的力，這種與船體運動相反的作用力稱為船的阻力。船舶阻力研究的主要內(nèi)容：1.船舶以一定速度在水中直線航行時所遭受的各種阻力的成因及其性質(zhì)；2.阻力隨航速、船型和外界條件的變化規(guī)律；3.研究減小阻力的方法，尋求設(shè)計低阻力的優(yōu)良船型；4.如何較準(zhǔn)確地估算船舶阻力，為設(shè)計推進器（螺旋槳）決定主機功率提供依據(jù)。研究船舶阻力的方法：1．理論研究方法：應(yīng)用流體力學(xué)的理論，通過對問題的觀察、調(diào)查、思索和分析，抓住問題的核心和關(guān)鍵，確定擬采取的措施。2.試驗方法：包括船模試驗和實船實驗，船模試驗是根據(jù)對問題本質(zhì)的理性認識，按照相似理論在試驗池中進行試驗，以獲得問題定性和定量的解決。3.數(shù)值模擬:根據(jù)數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值方法預(yù)報船舶航行性能，優(yōu)化船型和推進器的設(shè)計。3.水面艦船阻力的組成，每種阻力的成因。船舶在水面航行時的阻力由裸船體阻力和附加阻力組成，其中附加阻力包括空氣阻力、洶濤阻力和附體阻力。船體阻力的成因:船體在運動過程中興起波浪，船首的波峰使首部壓力增加，而船尾的波谷使尾部壓力降低，產(chǎn)生了興波阻力；由于水的粘性，在船體周圍形成“邊界層”，從而使船體運動過程中受到摩擦阻力；在船體曲度驟變處，特別是較豐滿船的尾部常會產(chǎn)生漩渦，引起船體前后壓力不平衡而產(chǎn)生粘壓阻力。4.船舶阻力分類方法。1.按產(chǎn)生阻力的物理現(xiàn)象分類：船體總阻力由興波阻力、摩擦阻力和粘壓阻力Rpv三者組成，即Rt=Rw+Rf+Rpv.2.按作用力的方向分類：分為由興波和旋渦引起的垂直于船體表面壓力和船體表面切向水質(zhì)點的摩擦阻力，即Rt=Rf+Rp.3.按流體性質(zhì)分類：分為興波阻力和粘性阻力（摩擦阻力和粘壓阻力），即Rt=Rw+Rv.4.傅汝德阻力分類：分為摩擦阻力和剩余阻力（粘壓阻力和興波阻力）,即Rt=Rf+Rr.5.船舶動力相似定律，研究船舶動力相似定律的意義，粘性與重力互不相干假定。船舶動力相似定律：航行于水面的船舶，其阻力和船體幾何尺寸、航速、水的運動粘性系數(shù)，水的質(zhì)量密度和重力加速度等有關(guān)用一種函數(shù)表示形式來聯(lián)系船體阻力和這些物理量之間的關(guān)系。研究船舶動力相似定律的意義：如果建立了船舶阻力的函數(shù)表示式，則可給出船模與實船滿足動力相似的條件并作為將船模試驗結(jié)果換算到實船的根據(jù)。第二章粘性阻力1.邊界層，邊界層厚度δ，邊界層內(nèi)流體流態(tài)及其特點。邊界層：當(dāng)水流過平板時，由于水具有粘性，平板表面處的水質(zhì)點均被粘附在平板上，平板表面上的流速為0，據(jù)平板表面δ處流速達到來流速度，存在粘性作用的這一薄層水流稱為邊界層。δ稱為邊界層厚度。邊界層內(nèi)流體的流態(tài)和特點：1.層流：在平板前端部分，水質(zhì)點表現(xiàn)有穩(wěn)定的分層流動，邊界層沿板長方向增長較慢。2.紊流：在平板后部，水質(zhì)點互相碰撞，運動方向極不規(guī)則，但其平均速度還是沿平板方向前進、界層厚度沿板長方向的增長較層流情況為快。3.過渡流：介于層流和紊流之間的一段過渡狀態(tài)。2.與平板邊界層對比，船體表面邊界層的特點。1.船體邊界層外緣勢流的速度和壓力沿船體表面均發(fā)生變化。2.船體邊界層內(nèi)存在縱向壓力梯度，首部壓力高，中部較低而尾部又相應(yīng)有所升高。3.摩擦阻力的成因，及流體流態(tài)、雷諾數(shù)、濕面積對摩擦阻力的影響。摩擦阻力的成因：當(dāng)船在靜水中航行時，由于粘性作用，必帶動一部分水一起運動，為攜帶這部分水一起前進，在運動過程中船體將不斷供給這部分水質(zhì)點以能量，因而產(chǎn)生摩擦阻力。在相同來流條件下，紊流的摩擦阻力系數(shù)較層流情況為大。當(dāng)增大時，平均摩擦阻力系數(shù)和局部摩擦阻力系數(shù)均下降。減小濕面積可以降低摩擦阻力。4.船體摩擦阻力的處理方法，相當(dāng)平板定義。在“相當(dāng)平板”假定的前提下，用平板摩擦阻力公式來計算船體的摩擦阻力。相當(dāng)平板：在摩擦阻力計算中，實船或船模的摩擦阻力分別等于與其同速度、同長度、同濕面積的光滑平板摩擦阻力，該假定中的“光滑平板”就稱為該船的“相當(dāng)平板”。5.平板摩擦阻力系數(shù)計算的1957ITTC公式，適用范圍。6.船體表面粗糙度，粗糙度對摩擦阻力的影響及其計算處理方法，ΔCf取值。船體表面粗糙度可分為普遍粗糙度和局部粗糙度。普遍粗糙度主要是油漆面的粗糙度和殼板表面的凹凸不平，局部粗糙度主要為焊縫、鉚釘、開孔以及突出物等粗糙度。微小的粗糙度會導(dǎo)致摩擦阻力較大的增加。采用“粗糙度補貼系數(shù)”的形式計算船體表面粗糙度對摩擦阻力的影響，ΔCf=0.0004.7.船舶污底，污底對船舶阻力的影響，減小污底影響的措施。船舶污底：船舶在營運過程中，船體水下部分因長期浸泡在水中，除鋼板被腐蝕外，海水中的生物將附著在船體上生長，是船體表面凹凸不平，大大增加了船體表面的粗糙度，阻力增加很大，這種現(xiàn)象稱為污底。污底會增加船舶的總阻力，造成船速下降。防治污底的方法通常是現(xiàn)在船體表面敷涂兩遍防銹漆，然后再涂一、二遍防污漆，因為防污漆有避污作用，可以在層流底層中保持有一定的毒素含量，可以使幼小的貝類、海草等致死。此外，污底的海船在淡水港內(nèi)停泊數(shù)日后再行出海，其附著的貝類和海草的大部分因死亡而脫落。8.船體摩擦阻力計算的步驟。1.計算船的濕表面積2.計算雷諾數(shù)3.根據(jù)光滑平板摩擦阻力公式算出或相應(yīng)的表中查出摩擦阻力系數(shù)Cf4.決定粗糙度補貼系數(shù)ΔCf=0.00045.算出船的摩擦阻力9.減少船體摩擦阻力的有效、實用方法。1.減小濕面積2.減小表面粗糙度3.邊界層控制4.噴注降阻劑5.氣膜減阻6.采用高性能船10.粘壓阻力的成因、基本特性，及船體粘壓阻力的處理方法。粘壓阻力的成因：在實際流體中，由于粘性而形成邊界層，水質(zhì)點由于動能的消耗而產(chǎn)生壓力差，出現(xiàn)邊界層分離的現(xiàn)象，界層分離后產(chǎn)生的旋渦造成了船首尾壓差，便產(chǎn)生了粘壓阻力。粘壓阻力特性：1.船的后體收縮，沿曲面的流速變化較緩慢，粘壓阻力減小。2.采用船首底升高的球鼻首，首部舭側(cè)水流明顯趨于水平方向流動，能明顯改善阻力性能。3.層流的粘壓阻力較紊流的情況大。粘壓阻力的處理方法：一種是將粘壓阻力歸并入興波阻力而統(tǒng)稱為剩余阻力，另一種是將粘壓阻力以形狀因子的形式與摩擦阻力聯(lián)系在一起而統(tǒng)稱為粘性阻力。11.船舶設(shè)計時從降低船體粘壓阻力出發(fā)，應(yīng)該注意哪些方面？1.應(yīng)注意船的后體形2.應(yīng)避免船體曲率變化過大3.前體線型應(yīng)予適當(dāng)注意第三章興波阻力1.深水平面進行波的波形、波長、周期、波速、波能、波能傳播速度，及其相互關(guān)系。2.船行波的成因，船型波的主要特性，凱爾文角。船行波的成因：水流流經(jīng)彎曲的船體時，沿船體表面的壓力分布不一樣，導(dǎo)致船體周圍的水面升高或降低，在重力和慣性的作用下，在船后形成實際的船波。船行波的特性：1.凱爾文角：橫波和散波相交處成尖角，各尖角與原點的連線稱為尖點線，它與運動方向的夾角為19°28′，該角稱為凱爾文角。3.興波干擾，興波長度mL，船舶興波干擾的結(jié)果。興波干擾：由于實際船體興波存在船首波系和船尾波系，且兩波系種的橫波在船尾處相遇而疊加，這種現(xiàn)象稱為興波干擾。興波長度：船首橫波的第一個波峰和船尾橫波第一個波峰之間的距離稱為興波長度。4.船體興波阻力的主要特性。隨船速增加，興波阻力將很快增加，同時對低速船而言，興波阻力在總阻力中所占比例很小，而對高速船來說，興波阻力將占很大的比例。5.影響興波阻力的主要船型參數(shù)。1.船體首部形狀對興波阻力的影響最為突出2.相同F(xiàn)r時豐滿船的Cw較大3.興波長度與波長之比對興波阻力也有影響4.興波干擾主要與L和Cp有關(guān)6.*用○p理論、傅汝德數(shù)預(yù)測波阻的峰、谷點。7.用船模試驗確定船體興波阻力的二因次法、三因次法。二因次法Cr=Ctm-Cfm,通過模型試驗確定剩余阻力系數(shù)Cr來確定、分析興波阻力。三因次法Cw=Ctm-(1+k)Cfm,通過模型試驗確定興波阻力系數(shù)來確定、分析興波阻力。8.減小常規(guī)船興波阻力的方法，減小興波阻力的船舶設(shè)計新概念。減小常規(guī)船興波阻力的方法：1.選擇合理的船型系數(shù)2.設(shè)計良好的首尾3.造成有利的波系干擾4.高速排水型艇安裝消波水翼應(yīng)用不同設(shè)計概念減小興波阻力：1.雙體和多體船設(shè)計概念2.是船體抬出水面設(shè)計概念3.船體下潛設(shè)計概念4.復(fù)合設(shè)計概念9.破波阻力的成因，破波阻力的特性。破冰阻力的成因：破冰阻力的出現(xiàn)時船體周圍及其復(fù)雜的波浪運動的結(jié)果。破冰阻力的特性：1.對于航速較高的豐滿船型，破冰阻力是一種不容忽視的阻力成分2.破冰阻力來源于船首非線性興波的破碎3.對于幾何相似的豐滿船型，破冰阻力隨Fr的增大而增加4.對于同一豐滿船，在同樣航速時，壓載情況的吃水小，吃水傅汝德數(shù)大，破冰阻力比滿載時高5.系統(tǒng)的試驗表明：破冰阻力與船型參數(shù)，主要是寬度吃水比、進流段長度、球首伸出長度有關(guān)。第四章附加阻力1.船舶附體，附體阻力，確定附體阻力的實用方法，逐一去除法，附體阻力系數(shù)的確定。船舶附體：安裝在船體外面的舵、舭龍骨、軸包架、軸和支軸架等附體。附體阻力：由于水對船舶附體作用而增加的那一部分阻力稱為附體阻力。確定附體阻力的方法：1.應(yīng)用已有資料或經(jīng)驗公式進行估算，2.通過模型試驗確定附體阻力。逐一去除法：加裝全部附體后，在試驗過程中，從后往前依次去掉附體。附體阻力系數(shù)的確定：實船的附體系數(shù)等于模型的附體系數(shù)，即Kaps=Kapm.2.從減小附體阻力出發(fā)，附體設(shè)計時應(yīng)注意的原則。1.附體應(yīng)沿船體流線方向設(shè)置，其目的是減小由附體所產(chǎn)生的旋渦，從而減小粘壓阻力。2.盡可能采用濕面積較小的附體，其目的在于減小附體所引起的摩擦阻力。3.一般附體沿水流方向應(yīng)采用流線型對稱剖面，這樣對減小附體阻力有顯著的作用。3.船舶航行中的空氣阻力，空氣阻力系數(shù)確定，船舶設(shè)計中減小空氣阻力的措施。船舶航行中的空氣阻力：船舶在航行中，其船體水線以上部分和上層建筑將受到空氣的阻力，包括摩擦阻力和粘壓阻力兩部分。船舶設(shè)計中減小空氣阻力的措施：上層建筑盡可能低而長，盡可能減小水上部分在橫舯剖面上的投影面積，以減小迎風(fēng)面積；上層建筑前端應(yīng)設(shè)計成流線型，后端可做成階梯型。4.波浪中阻力增值，影響波浪增阻的因素。波浪中阻力增值：船舶在風(fēng)浪中航行時的阻力將較靜水時為大，所增加的阻力稱為波浪中的阻力增值。影響波浪增阻的因素：1.從波浪情況看，同一船舶遭遇的波浪越大，船體運動愈劇烈，阻力愈大；波浪中的阻力增值主要取決于船舶的縱搖和升沉運動的強烈程度以及與波浪的相位關(guān)系；路易斯的研究指出，所遇波浪的波長等于或大于船長時所產(chǎn)生的運動將大為加劇，波浪中的阻力增值亦將顯著增大。2.從船型來看，船模在波浪上的試驗和實船試驗結(jié)果，在靜水中阻力較低的船在波浪中的阻力增值也相對較低。5.船舶儲備功率選擇原則。儲備功率的多少應(yīng)視船長、船型、航道和船的業(yè)務(wù)性質(zhì)而異，通常根據(jù)船長和方形系數(shù)相近的同型船舶在同樣條件下航行的經(jīng)驗加以確定，一般取Kaw=15％~30％,或者由耐波性試驗求得，但儲備功率不宜過大，否則在良好氣候中，其結(jié)果很不經(jīng)濟；而在惡劣氣候下，為防止發(fā)生危險事故，機器功率必須減低，也不能發(fā)揮儲備功率的作用。第五章船模阻力試驗1.進行船模阻力試驗的目的，試驗時應(yīng)滿足動力相似的要求。船模阻力試驗的目的：研究船模在水中等速直線運動時所受到的作用力及其航行狀態(tài)，包括1.船型研究2.確定設(shè)計船舶的阻力性能3.預(yù)報實船性能4.系列船模試驗5.研究各種阻力成分試驗6.附體阻力試驗7.流線試驗8.航行狀態(tài)的研究試驗時應(yīng)滿足重力相似條件。2.拖拽水池的主要任務(wù)和主要性能指標(biāo)。拖曳水池的主要任務(wù)是進行船舶模型的拖曳、螺旋槳性能、自航及耐波性等試驗。拖曳水池的主要性能指標(biāo)是船模的大小和速度。3.進行船模阻力試驗前應(yīng)做的準(zhǔn)備工作。首先按一定要求制作試驗用的船模，然后安裝人工激流裝置，進行稱重，通過調(diào)整壓載重量的位置使船模沒有橫傾，首尾吃水滿足規(guī)定的要求，最后將船模安裝到拖車上。4.進行船模阻力試驗需要測量的數(shù)據(jù)，怎樣測量這些數(shù)據(jù)。1.船模速度記錄。待拖車速度達到穩(wěn)定勻速時，即可由機械式測速輪得到距離記錄與時間記錄來計算船模速度，船模速度就是拖車速度。2.船模阻力的測量?？捎蓪ｉT的阻力儀測得船模阻力。3.船?？v傾角和重心升沉的測量?？梢杂每v傾儀或?qū)ｉT用來測量船模運動的儀器來測量船模在等速直線運動時的縱傾角和升沉。4.浸濕面積和濕長度的確定。通過攝影、攝像或其他方法得到艇體與水的接觸部位，進而確定浸濕面積和濕長度。5.用傅汝德方法將船模試驗結(jié)果換算成實船阻力的步驟。對船模：Vm(m/s)RtmCtmRemCfmCrmFr對實船:Vs(m/s)Vs(kn)ResCfsΔCf=0.0004Cts=Cfs+Crm+ΔCfRtsPe實船的根據(jù)Frm=Frs求得第六章船型對阻力的影響1.討論船型對阻力影響時，根據(jù)航速對船型分類，各類船型的阻力特性。2.選取排水量長度系數(shù)的原則。3.選擇B/T的原則。4.縱向菱形系數(shù)Cp、方形系數(shù)Cb對船舶阻力的影響。5.船體橫剖面面積曲線形狀對船舶阻力的影響？6.船體滿載水線形狀對船舶阻力的影響？7.船體首尾端形狀對船舶阻力的影響，球鼻首的減阻原理。8.方尾、球鼻形船尾、雙尾和雙尾鰭、渦尾及不對稱尾、隧道型船尾的船型特點及其阻力特性。第七章阻力的近似估算方法1.研究船舶阻力近似估算方法的意義，使用阻力近似估算方法的注意事