四附加阻力課件

10/11/20221§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。10/10/20221§4-1附體阻力10/11/20222一、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)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%。10/10/20222一、確定附體阻力的方法1．經(jīng)驗(yàn)公式確定10/11/20223(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：10/10/20223(3)塢座龍骨：10/11/20224

在船舶設(shè)計(jì)中，附體阻力常用附體系數(shù)kap的形式來表示。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不同類型船的附體系數(shù)

船舶種類kap(%)單螺旋槳民用船雙螺旋槳民用船雙或四螺旋槳高速軍艦2～57～138～1510/10/20224在船舶設(shè)計(jì)中，附體阻力常用附體10/11/202252．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+ΔRm)，則模型的附體阻力系數(shù)Capm為：相應(yīng)實(shí)船的附體阻力ΔRs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：

10/10/202252．應(yīng)用模型試驗(yàn)確定附體阻力設(shè)由模型試10/11/20226

ΔRs

=Capm·ρsSsυs

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β進(jìn)行修正，即有：

ΔRs

=βλΔRm或Caps=βCapm

(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：

ΔRs=kapm·Rs

=ΔRm·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。10/10/20226ΔRs=Capm·ρsS10/11/20227二、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。

10/10/20227二、附體設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)(1)附體應(yīng)10/11/20228§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：

10/10/20228§4-2空氣阻力一、確定空氣阻10/11/202293．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

=Peb(1+kap

+kaa)

式中，Pet又稱靜水有效功率。10/10/202293．計(jì)算空氣阻力系數(shù)或取空氣阻力百分?jǐn)?shù)10/11/202210二、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)。①上層建筑盡可能低而長(zhǎng)，這樣可減小迎風(fēng)面積；②橋樓各層的后端依次制成階梯形；③上層建筑前端設(shè)計(jì)成流線型；④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υa的平方成正比關(guān)系。10/10/202210二、影響空氣阻力的因素10/11/202211§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。

10/10/202211§4-3波浪增阻一、在波浪10/11/202212二、影響波浪中阻力增值的因素

(1)從波浪情況來看：①同一船舶的波浪中阻力增值將隨所遭遇的波高而增加；②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；③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。

10/10/202212二、影響波浪中阻力增值的因素(1)10/11/202213三、波浪中阻力增值的處理與儲(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。10/10/202213三、波浪中阻力增值的處理與儲(chǔ)備功率(10/11/202214

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。10/10/202214船舶設(shè)計(jì)中常用儲(chǔ)備功率百分10/11/202215

儲(chǔ)備功率的多少應(yīng)視船長(zhǎng)