1、6/20/2020,1,第四章 附加阻力,6/20/2020,2, 4-1 附體阻力,船舶設(shè)計(jì)水線以下的舭龍骨、舵、軸包架、軸和支軸架等，統(tǒng)稱為船的附體。 由于船的附體通常位于水下較深位置，且相對(duì)尺寸較小，因而認(rèn)為附體阻力的主要成分是摩擦阻力和粘壓阻力。那些較短的附體，如支軸架等，其阻力成分幾乎都是粘壓阻力，并認(rèn)為其阻力系數(shù)與速度無(wú)關(guān)；另一類是長(zhǎng)附體或沿流線方向安裝的附體，如舭龍骨、軸包架等，其阻力幾乎都是摩擦阻力。,6/20/2020,3,一、確定附體阻力的方法,1經(jīng)驗(yàn)公式確定附體阻力 (1) 舭龍骨：應(yīng)沿水流方向安裝。所增的阻力一般不大于裸船體阻力的1%3%或取其摩擦阻力的5/3倍。 (2

2、) 舵：流線型舵的阻力可取其自身摩擦阻力的1.5倍。對(duì)單螺旋槳船，舵的阻力一般約為裸船體阻力的l%2%。對(duì)雙螺旋槳的雙邊舵，其阻力值約為裸船體阻力的3%5%。,6/20/2020,4,(3) 塢座龍骨： 其阻力可取為其自身摩擦阻力的4倍。 (4) 軸包架： 阻力值在一般情況下約為裸船體阻力的5%10%。 (5) 軸支架和軸： 采用左右兩軸支架的阻力可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：,6/20/2020,5,在船舶設(shè)計(jì)中，附體阻力常用附體系數(shù)kap的形式來(lái)表示。計(jì)及附體后的實(shí)船有效功率Pe1可由下式計(jì)算得到： Pe1 = Peb(1+kap) 其中，Peb為裸船體所需有效功率。 表4-1 不同類型船的附體

3、系數(shù),6/20/2020,6,2應(yīng)用模型試驗(yàn)確定附體阻力,設(shè)由模型試驗(yàn)得到的裸體船模的總阻力為Rm，加裝全部附體后的總阻力為(Rm+Rm)，則模型的附體阻力系數(shù)Capm為： 相應(yīng)實(shí)船的附體阻力Rs 可由下面方法得到： (1) 認(rèn)為實(shí)船的附體阻力系數(shù)Caps等于船模的附體阻力系數(shù)Capm，則有：,6/20/2020,7,Rs = Capm sSss,由于尺度效應(yīng)的影響，按上式計(jì)算實(shí)船附體阻力結(jié)果偏大，為此引入一個(gè)附體尺度效應(yīng)因子進(jìn)行修正，即有： Rs = Rm 或 Caps = Capm (2) 認(rèn)為實(shí)船的附體系數(shù)kaps等于模型的附體系數(shù)kapm。這樣，實(shí)船的附體阻力為： Rs = kapm

4、Rs = Rm Rs/ Rm 由于該換算法的尺度效應(yīng)較小，所以實(shí)用上，常用這種方法確定實(shí)船的附體阻力。,6/20/2020,8,二、附體設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng),(1) 附體應(yīng)沿船體流線方向設(shè)置。 (2) 盡可能采用濕面積較小的附體。 (3) 附體沿水流方向應(yīng)采用流線型剖面。,6/20/2020,9, 4-2 空氣阻力,一、確定空氣阻力的方法 1根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)資料估算 空氣阻力幾乎全部由粘壓阻力組成，它可表示為： 2倒置船模阻力試驗(yàn)確定空氣阻力 計(jì)算空氣阻力的公式如下：,6/20/2020,10,3計(jì)算空氣阻力系數(shù)或取空氣阻力百分?jǐn)?shù),如果已確定船的附體阻力和空氣阻力，則實(shí)船的有效功率為 Pet = Pe

5、b(1 + kap + kaa) 式中，Pet 又稱靜水有效功率。,6/20/2020,11,二、影響空氣阻力的因素,(1) 與上層建筑的型式及其在船中橫剖面上的投影 面積有關(guān)。 上層建筑盡可能低而長(zhǎng)，這樣可減小迎風(fēng)面積； 橋樓各層的后端依次制成階梯形； 上層建筑前端設(shè)計(jì)成流線型； 短小的上層建筑合并。 (2) 與相對(duì)風(fēng)向角有關(guān)。 (3) 空氣阻力與相對(duì)速度a的平方成正比關(guān)系。,6/20/2020,12, 4-3 波浪增阻,一、在波浪中引起阻力增加的主要原因 1船體運(yùn)動(dòng) 船舶在波浪中航行時(shí)，將產(chǎn)生縱搖、升沉、橫搖和搖首等各種運(yùn)動(dòng)，使阻力增加，航速降低。一般認(rèn)為引起船舶阻力增加主要是由縱搖、升沉

6、運(yùn)動(dòng)所致，而橫搖和搖首較為次要。 2船體對(duì)波浪的反射作用 由于波浪遇到船體后，被船體反射而產(chǎn)生反射水波，該水波的能量就是船體阻力增值的一部分。,6/20/2020,13,二、影響波浪中阻力增值的因素,(1) 從波浪情況來(lái)看： 同一船舶的波浪中阻力增值將隨所遭遇的波高而增加； 當(dāng)波浪周期與船的縱搖周期接近時(shí)，船體阻力增值可能很大； 路易斯的研究指出，所遇波浪的波長(zhǎng)大于船長(zhǎng)3/4時(shí)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)將大為加劇，波浪中的阻力增值亦將顯著增大。 (2) 從船型來(lái)看：船模在波浪上的試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果證明，在靜水中阻力較低的船型在波浪中的阻力增值仍將相應(yīng)較低。,6/20/2020,14,三、波浪中阻力增值的處理

7、與儲(chǔ)備功率,(1) 由于波浪阻力增值的存在，如保持靜水中相同功率時(shí)，航速必然會(huì)有所下降，這種航速的減小稱為速度損失或簡(jiǎn)稱失速。 (2) 考慮到波浪中的阻力增值，如要維持靜水中的相同航速，則必須較原靜水功率有所增加，所增加的功率稱為儲(chǔ)備功率。,6/20/2020,15,船舶設(shè)計(jì)中常用儲(chǔ)備功率百分?jǐn)?shù)(或稱附加數(shù))來(lái)表示儲(chǔ)備功率的大小。該百分?jǐn)?shù)是在已計(jì)入附體阻力、空氣阻力以后所需靜水航行功率后再增加的功率百分?jǐn)?shù)，記為kaw。這樣計(jì)及波浪中阻力增值等因素后的實(shí)際有效功率Pew 與 靜水有效功率Pet的關(guān)系為： Pew = Pet (1 + kaw ) (4-14) 以(4-11)式代入，則有： Pew = Peb (1 + kap + kaa )(1 + kaw ) (4-15) 并以此來(lái)確定主機(jī)功率。船舶建成后，在要求裝載情況下，且主機(jī)以額定功率時(shí)在平靜水域中所能達(dá)到的速度叫試航速度。但考慮到船舶在航行中因受風(fēng)浪和污底等原因致使增加阻力，故實(shí)際航速總是低于試航速度。因此常以持久功率(約為額定功率的85%90%)在平均海況下船舶所能達(dá)到的航速稱為服務(wù)速度。,6/20/