某11.6m單體艇的阻力估算計(jì)算過(guò)程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2519某11.6m單體艇的阻力估算計(jì)算過(guò)程案例 1208741.1阻力計(jì)算方法 16691.2阻力計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果 11.1阻力計(jì)算方法在船舶的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)初期缺少具體參數(shù)，各項(xiàng)主要參數(shù)和型線(xiàn)圖也未確定，還沒(méi)有辦法利用船體模型區(qū)精確的計(jì)算阻力大小。當(dāng)艇在航行速度較低的的情況下，本艇所受的阻力形式與排水型艇差距不是很大。但是本艇作為可以在中高速條件下航行的滑行艇，隨著航速慢慢變大，艇體所受到的動(dòng)升力也會(huì)慢慢變大，艇會(huì)慢慢被抬升，從而使艇的吃水和艇體的浸濕面積逐漸減少，之前主要承受重力的靜浮力也會(huì)不斷變小，此時(shí)對(duì)于本艇的阻力計(jì)算就會(huì)和其他排水型艇變得完全不同。艇本身的重力主要由艇的升力來(lái)提供，隨著航行縱傾角的增大，艇本身受到的興波阻力也會(huì)增加，總阻力會(huì)隨著航速的增加而不斷增加[15]。在中高速行駛時(shí)，艇體受到的主要來(lái)自于水對(duì)艇體造成的阻力有：壓差阻力、粘性阻力和噴濺阻力等。所以本節(jié)內(nèi)容將圍繞本艇的阻力計(jì)算進(jìn)行展開(kāi)。對(duì)于阻力的計(jì)算方法，不同航速和排水的艇有不同的方法，本艇作為滑行艇，我們常采用薩維斯基法和姆雷法。經(jīng)過(guò)嘗試后，本艇采用薩維斯基法進(jìn)行阻力估算。薩維斯基發(fā)適用于λ小于等于4的艇（其中λ為浸濕長(zhǎng)度比）。計(jì)算過(guò)程見(jiàn)1.2節(jié)。1.2阻力計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果利用薩維斯基法對(duì)阻力進(jìn)行估算，詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表8-1。表8-111.6m單體執(zhí)法艇阻力計(jì)算步驟變量公式/圖表縱傾角1縱傾角2縱傾角31τ（°）\3.00004.0005.0002τ1.1（°）\3.34844.5955.8733CL0圖7-70.13900.1390.1394CL0/τ1.1\0.04150.03030.0235λ圖7-63.88063.0202.389續(xù)表8-1步驟變量公式/圖表縱傾角1縱傾角2縱傾角36Vl(m/s)式8-115.334815.27315.1977Rn式8-4150408292.57115700385.6591061621.838CF式8-30.00200.002040.002119δCF\0.00040.000400.0004010CF+δCF\0.00240.002440.0025111Df(N)式8-28312.18046611.95335.812tanτ\0.05240.069930.0874913sinτ\0.05230.069760.0871614cosτ\0.99860.997560.9961915RP/NΔgtanτ4303.69005742.3417184.50816RF/NDF/cosβ8933.81727113.8915734.88017Rl/NRP+RF13237.507212856.23212919.38818CCP式8-50.57040.6190.65719CCPλBP\5.85204.9434.15120cCCPλBP-Lcg1.27880.369-0.42321aVcg-Bp*tanβ/41.17151.1711.17122sinε\0.13920.1390.13923cos(ε+τ)\0.98160.9780.97424N(N)式8-769220.141680231.87780105.72925T(N)式8-812146.659512472.50112620.67026Nc/N·mN×c88520.793029640.337-33854.30927Tf/N·mT×f7251.55577446.0837534.54028Dfa/N·mDf×a9737.39107753.7686250.71829δM/N·m式8-686034.957829332.653-32570.486表8-211.6m單體執(zhí)法艇阻力計(jì)算步驟變量公式/圖表縱傾角4縱傾角5縱傾角τ1τ（°）\6.0007.0004.4732τ1.1（°）\7.1771.5045.1963CL0圖7-70.1390.1390.1394CL0/τ1.1\0.01940.01630.02685λ圖7-61.8901.4802.6896Vl(m/s)式8-115.10214.98415.2397Rn式8-471600103.33955631046.987102782741.9558CF式8-30.002190.002270.002089δCF\0.000400.000400.0004010CF+δCF\0.002590.002670.0024811Df(N)式8-24295.43419.25950.912tanτ\0.105100.122780.0782313sinτ\0.104530.121870.0779914cosτ\0.994520.992550.9969515RP/NΔgtanτ8631.08610082.9826423.99316RF/NDF/cosβ4616.6423674.9356395.97217Rl/NRP+RF13247.72813757.91712819.96518CCP式8-50.6870.7090.63919CCPλBP\3.4312.7734.54220cCCPλBP-Lcg-1.142-1.800-0.03121aVcg-Bp×tanβ/41.1711.1711.17122sinε\0.1390.1390.13923cos(ε+τ)\0.9700.9700.97924N(N)式8-779913.85480036.99380396.33125T(N)式8-813011.64813550.29512465.70826Nc/N·mN×c-91251.865-144055.001-2472.558續(xù)表8-2步驟變量公式/圖表縱傾角4縱傾角5縱傾角τ27Tf/N·mT×f7767.9548089.5267442.02828Dfa/N·mDf×a5031.8974005.4866971.27429δM/N·m式8-6-88522.808-139970.960-2001.803計(jì)算過(guò)程中，設(shè)計(jì)到的公式如下（其中重力加速度g取9.81m/s2;海水密度1025kg/m3；海水運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν取1.054×10-6m2/s）:V(8-1)式中CL1壓力區(qū)切向摩擦阻力按式（8-2）進(jìn)行計(jì)算，其中δCf為粗糙度補(bǔ)貼，D(8-2)摩擦阻力系數(shù)Cf、雷諾數(shù)Rn、滑行艇的壓力中心系數(shù)C(8-3)R(8-4)C(8-5)Nc?(8-6)N=[(8-7)T=(N(8-8)其中，浸濕長(zhǎng)度比λ根據(jù)平板滑行面的升力系數(shù)，即圖8-1所示。圖8-1平板滑行面的升力系數(shù)經(jīng)過(guò)以上計(jì)算后，將所需要的數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢浩骄吧铅?21.5°；艇體重心與螺旋槳軸線(xiàn)距離?為0.597m；螺旋槳軸線(xiàn)傾角ε為8°；重心縱向坐標(biāo)Lcg為4.573m；垂向重心高度為1.417m；海水運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν為1.139×10-6m2/s;最后利用插值法求當(dāng)δM為0時(shí)的有關(guān)結(jié)果：航行縱傾角τ≈4.061°；阻力Rt≈12819.965；平均浸濕長(zhǎng)度比λ=2.689；經(jīng)過(guò)以上計(jì)算后，龍骨浸濕長(zhǎng)度、折角浸濕長(zhǎng)度和龍骨浸深可根據(jù)式（8-9）至式（8-11）進(jìn)行算：L(8-9)L(8-10)d=(8-11)根據(jù)以上公式得龍骨浸濕長(zhǎng)度LK約為9.229m，折角浸濕長(zhǎng)度Lc約為4.989m，龍骨浸深d約為0.72m。通過(guò)檢查龍骨浸濕長(zhǎng)度與0.9倍設(shè)計(jì)水線(xiàn)長(zhǎng)的關(guān)系，龍骨浸濕長(zhǎng)度小于0.9倍設(shè)計(jì)水線(xiàn)長(zhǎng)，不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。如果出現(xiàn)龍骨浸濕長(zhǎng)度大于0.9設(shè)計(jì)水線(xiàn)長(zhǎng)的情況，艇體就會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。折角浸濕長(zhǎng)度如果小于零，則考慮折角浸濕位置出現(xiàn)在尾封板后面，那么該艇出現(xiàn)豚躍的可能性就會(huì)增加，經(jīng)過(guò)校核，本艇的折角浸濕長(zhǎng)度在合理范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)豚躍現(xiàn)象。在估計(jì)本艇阻力時(shí)需要考慮到噴濺區(qū)影響。相關(guān)參數(shù)可按式（8-12）~（8-17）進(jìn)行計(jì)算。tan(8-12)Φ(8-13) 式中α是駐點(diǎn)線(xiàn)投影與龍骨線(xiàn)的夾角。通過(guò)以上兩個(gè)公式可計(jì)算出α約為17.317°φ是噴濺邊線(xiàn)和龍骨線(xiàn)的夾角。計(jì)算得φ約為37.224°。噴濺區(qū)的特征長(zhǎng)度Lws和噴濺區(qū)的摩擦系數(shù)RsL(8-14)R(8-15)C(8-16)Rs≈0.5CfsρV2δλb2(8-17)式8-17中的δλ為噴濺區(qū)的有效長(zhǎng)寬比，根據(jù)圖8-2查得δλ約為0.43。最終計(jì)算得到噴濺阻力Rs約為861.548。圖8-2噴濺區(qū)得有效長(zhǎng)寬比經(jīng)過(guò)以上計(jì)算可確定，本艇得裸體總阻力RT約為13681.513N。接下來(lái)即可求出本艇在不同航速下得有效功率。具體數(shù)值見(jiàn)表8-3。其中有效功率計(jì)算按式8-18進(jìn)行計(jì)算。P(8-18)表8-311.6m執(zhí)法艇有效功率計(jì)算項(xiàng)目單位數(shù)值一數(shù)值二數(shù)值三數(shù)值四數(shù)值五數(shù)值六Vm/s13.00014.00015.00016.00017.00011.000PEkW177.860191.541205.223211.