附加阻力

1附加阻力与船模阻力试验2附体阻力船舶设计水线以下的舭龙骨、舵、轴包架、轴和支轴架等，统称为船的附体。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成分是摩擦阻力和粘压阻力。那些较短的附体，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。2018-7-63一、确定附体阻力的方法1．经验公式确定附体阻力(1)舭龙骨：应沿水流方向安装。所增的阻力一般不大于裸船体阻力的1%～3%或取其摩擦阻力的5/3倍。(2)舵：流线型舵的阻力可取其自身摩擦阻力的1.5倍。对单螺旋桨船，舵的阻力一般约为裸船体阻力的l%～2%。对双螺旋桨的双边舵，其阻力值约为裸船体阻力的3%～5%。2018-7-64(3)坞座龙骨（大型船舶的船底中心线两侧，专为船舶入坞坐墩而设置的纵向箱型结构或复板。）：其阻力可取为其自身摩擦阻力的4倍。(4)轴包架：阻力值在一般情况下约为裸船体阻力的5%～10%。(5)轴支架和轴：采用左右两轴支架的阻力可按下面的经验公式计算：2018-7-65在船舶设计中，附体阻力常用附体系数kap的形式来表示。计及附体后的实船有效功率Pe1可由下式计算得到：Pe1=Peb(1+kap)其中，Peb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2～57～138～152018-7-662．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Rm，加装全部附体后的总阻力为(Rm+ΔRm)，则模型的附体阻力系数Capm为：相应实船的附体阻力ΔRs可由下面方法得到：(1)认为实船的附体阻力系数Caps等于船模的附体阻力系数Capm，则有：2018-7-67ΔRs=Capm·ρsSsυs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β进行修正，即有：ΔRs=βλΔRm或Caps=βCapm(2)认为实船的附体系数kaps等于模型的附体系数kapm。这样，实船的附体阻力为：ΔRs=kapm·Rs=ΔRm·Rs/Rm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。2018-7-68二、附体设计应注意的事项(1)附体应沿船体流线方向设置。(2)尽可能采用湿面积较小的附体。(3)附体沿水流方向应采用流线型剖面。2018-7-69§4-2空气阻力一、确定空气阻力的方法1．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：2．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：2018-7-6103．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，则实船的有效功率为Pet=Peb(1+kap+kaa)式中，Pet又称静水有效功率。2018-7-611二、影响空气阻力的因素(1)与上层建筑的型式及其在船中横剖面上的投影面积有关。①上层建筑尽可能低而长，这样可减小迎风面积；②桥楼各层的后端依次制成阶梯形；③上层建筑前端设计成流线型；④短小的上层建筑合并。(2)与相对风向角有关。(3)空气阻力与相对速度υa的平方成正比关系。2018-7-612§4-3波浪增阻一、在波浪中引起阻力增加的主要原因1．船体运动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。一般认为引起船舶阻力增加主要是由纵摇、升沉运动所致，而横摇和摇首较为次要。2．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波，该水波的能量就是船体阻力增值的一部分。2018-7-613二、影响波浪中阻力增值的因素(1)从波浪情况来看：①同一船舶的波浪中阻力增值将随所遭遇的波高而增加；②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；③路易斯的研究指出，所遇波浪的波长大于船长3/4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。(2)从船型来看：船模在波浪上的试验和实船试验结果 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ，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。2018-7-614三、波浪中阻力增值的处理与储备功率(1)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，这种航速的减小称为速度损失或简称失速。(2)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增加，所增加的功率称为储备功率。2018-7-615船舶设计中常用储备功率百分数(或称附加数)来表示储备功率的大小。该百分数是在已计入附体阻力、空气阻力以后所需静水航行功率后再增加的功率百分数，记为kaw。这样计及波浪中阻力增值等因素后的实际有效功率Pew与静水有效功率Pet的关系为：Pew=Pet(1+kaw)(4-14)以(4-11)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，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85%～90%)在平均海况下船舶所能达到的航速称为服务速度。2018-7-616储备功率的多少应视船长、船型、航道和船的业务性质而异。一般取kaw=15%～30%考虑汹涛阻力的另一种方法是将服务速度另加0.5～l.0kn作为试航速度，然后以此试航速度为基础来估算功率。船模阻力试验船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法船舶阻力与推进（阻力）第七章模型试验船舶阻力与推进—船舶阻力部分船舶阻力与推进—船舶阻力部分船舶阻力与推进—船舶阻力部分船舶阻力与推进—船舶阻力部分船舶阻力与推进—船舶阻力部分一、船模阻力试验的依据1、全相似—Fr、Re相等—无法实现2、粘性相似—Rem=ResVmLm/υm=VsLs/υsυm≈υsVm=αVs—难以实现3、重力相似—Frs=Frm—可行4、结论：部分相似（Fr）+假设（傅汝德、休斯）二、船模试验池1、任务：拖曳、自航、适航性等试验2、拖车式船模试验池优点：船模尺度比较大，尺度效应小，准确性高试验内容多—流线观察、敞水试验、自航试验、部分耐波性试验、部分操纵性试验、强度和振动方面的试验、水下实验缺点：拖车和轨道要求高、设备复杂、造价高。§7.1拖曳试验依据、设备和方法船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法3、重力式船模试验池优点：水池小、设备简单、造价低缺点：船模尺度小、尺度效应大、误差偏大实验内容单一§7.1拖曳试验依据、设备和方法船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法三、船模阻力试验方法和内容1、试验准备船模制作（木模、蜡模）—几何相似、表面光洁安置人工激流丝——称重——配压载、调浮2、阻力数据测试物理量：速度、阻力、纵倾、升沉、浸湿长度方法：（1）船模速度：—拖车速度（测速轮）（2）阻力测量：—阻力仪a、机械式—阻力Rtm由砝码重力W平衡。WrB±pLpsinθ=RtmrARtm=rBW/rA±pLpsinθ/rA记录W、θ—可得Rtm船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法§7.1拖曳试验依据、设备和方法b、电测式力传感器——阻力变化——传感器信号变化船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法§7.1拖曳试验依据、设备和方法（3）船模纵倾角和重心升沉测量（4）浸湿面积和湿长度确定排水型—与静浮态一致滑行艇—目测、摄像（5）流线测量涂油漆、安丝线+水下摄影船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法§7.1拖曳试验依据、设备和方法3、船模与实船阻力换算（1）傅汝德换算Rts=Rfs+（Rtm-Rfm）3s/mCts=Cfs+Crm=Cfs+（Ctm-Cfm）C=R/0.5V2S（2）三因次换算（休斯法）（（1+k）法）Cts=Ctm-（1+k）（Cfm-Cfs）+△Cf船舶阻力——第七章船模阻力试验——拖曳试验依据、设备和方法§7.1拖曳试验依据、设备和方法一、表达目的与要求目的：阻力换算；比较船型阻力性能优劣基本要求：无量纲化；以Fr数及类似形式为速度参数；阻力与速度间函数便于换算。二、表达方法1、泰洛表达法及其换算关系速度参数Fr（或V/L0.5）；阻力Rt/△（或Rr/△或Cr）§7.2船模阻力数据表达船舶阻力——第七章船模阻力试验——船模阻力数据表达（1）Rr/△对Fr的表达形式船模数据用Rrm/△m对Fr的表达；实船阻力：Rts/△s=Rfs/△s+Rrs/△s（2）Rt/△对Fr的表达形式船模数据用Rtm/△m对Fr的表达；实船阻力：Rts/△s=Rfs/△s+Rrs/△s相应速度时：Rrs/△s=Rrm/△m=Rtm/△m-Rfm/△m所以Rts/△s=Rtm/△m-（Rfm/△m-Rfs/△s）又因为：Rfm/△m=Cfm0.5mVm2Sm/mgmCbLmBmTm=0.5SmCfmFr2/CbBmTm§7.2船模阻力数据表达船舶阻力——第七章船模阻力试验——船模阻力数据表达同样：RfS/△S=0.5Ss（Cfs+△Cf）Fr2/CbBsTs几何相似船模：0.5Sm/CbBmTm=0.5Ss/CbBsTs所以有：Rts/△s=Rtm/△m-（Cfm-Cfs-△Cf）0.5SsFr2/CbBsTs用Rr/△Fr2对Fr形式表达Rts/△sFr2=Rtm/△mFr2-（Cfm-Cfs-△Cf）0.5Ss/CbBsTs§7.2船模阻力数据表达船舶阻力——第七章船模阻力试验——船模阻力数据表达2、傅汝德圆圈系数表达法及其换算（1）船体几何尺度系数长度系数m=L/▽1/3，宽度系数B=B/▽1/3，吃水系数D=T/▽1/3，湿面积系数S=S/▽2/3相似船模和实船，相应系数相等（2）速度表达系数i、Pii、K=V/（g1/3/4）1/2=（4/g）1/2V/1/6表示V与波长为1/3/2的波速之比iii、L=（4/g）1/2V/L1/2表示V与波长为L/2的波速之比（3）阻力表达系数C=（Rt/△）（1000/K2）F=（Rf/△）（1000/K2）R=（Rr/△）（1000/K2）§7.2船模阻力数据表达船舶阻力——第七章船模阻力试验——船模阻力数据表达§7.2船模阻力数据表达C与Ct=Rt/0.5V2S均可表示总阻力特征C/Ct=125S/船舶阻力——第七章船模阻力试验——船模阻力数据表达换算关系Cts=Cfs+Crm=Cfs+（Ctm-Cfm）+△Cf=Ctm-（Cfm-Cfs-△Cf）用C代入：Cs=Cm-125S（Cfm-Cfs-△Cf）/3、比较不同船型的阻力性能（1）傅汝德表达法（2）泰洛表达法用于L、V确定比较船型（△、V给定时，用傅汝德法）§7.2船模阻力数据表达船舶阻力——第七章船模阻力试验——船模阻力数据表达一、试验本身的影响因素1、试验假设引起的误差2、试验本身引起的误差3、试验设备引起的误差二、尺度效应Re小—层流措施：人工激流法表面粗糙激流法；激流杆法；激流丝法；小钉激流法§7.3影响试验结果的因素船舶阻力——第七章船模阻力试验——影响试验结果的因素2018-7-6372018-7-6382018-7-6392018-7-6402018-7-6412018-7-6422018-7-6432018-7-644