項目六船舶快速性二、阻力計算

在船舶設計過程中，特別是在方案設計的初期，由于船舶線型尚未確定，因而還不能應用船模試驗方法來確定阻力，所以只能用近似方法進行估算。阻力估算方法分為三類：1、船模系列資料估算法，例如泰洛法等。

2、經驗公式估算法，例如艾亞法等。

3、母型船數據估算法，例如海軍系數法等。

我們重點學習海軍系數法。一、阻力的估算

一、海軍系數法的出發點（基本思想）

1、對于設計船和母型船，船體阻力，船體阻力對應的有效功率。

2、海軍系數

其中：Δ為排水量（t），V為航速（kn）。3、對于船型近似，尺度和航速略同的船，它們的海軍系數大致相同（即此方法的基礎：設計船與母型船在傅汝德數相等時，兩者的海軍系數相等）。

☆母型船：船型近似，尺度和航速略同的船。

二、海軍系數法估算步驟1、找設計船對應的母型船（即與設計船船型相近，大小和航速相差不多的船舶），并求得母型船的海軍系數

。2、認為設計船的海軍系數近似等于母型船的海軍系數，即。3、求設計船船體阻力對應的有效功率海軍系數一般由母型船的試航資料得到。若無相近的母型船，可借助一些經驗公式或經驗數據確定海軍系數。

思考：1、某船在排水量不變的前提下，若航速在原有基礎上提高1%，主機功率應增加多少？2、某船在航速不變的條件下，排水量增加3%，問主機功率應增加多少？

3、某船排水量增加3%，航速減少1%，主機功率應增加或減少多少？

阻力換算是將船模試驗所測得的阻力換算成實船的阻力。其依據的理論是流體力學的相似理論。阻力的換算方法，一般隨著粘壓阻力的不同處理，分為傅汝德法（二因次法）和（1＋K）法（三因次法）等幾種。我們重點學習傅汝德法。一、傅汝德假定1、假定船體總阻力可以分為獨立的兩部分：一為摩擦阻力Rf，只與雷諾數有關；另一為粘壓阻力Rpv與興波阻力Rw合并后的剩余阻力Rr，只與傅汝德數有關，且適用比較定律。2、假定船體的摩擦阻力等于同速度、同長度、同濕面積的平板摩擦阻力。通常稱為相當平板假定。

☆傅汝德假定將船體阻力進行了分類，且指出了各類阻力的求解思路。二、阻力的換算

二、傅汝德比較定律

形似船在相應速度時(或相同Fr數)，單位排水量的興波阻力必相等。亦稱為比較定律或比較率。船體阻力Rt摩擦阻力Rf剩余阻力Rr興波阻力Rw粘壓阻力Rpν船體阻力Rt粘性阻力Rν

三、傅汝德法換算的一般步驟

1、船模試驗，測得船模的船體阻力Rtm。

2、以相當平板假定為基礎，計算出船模的摩擦阻力Rfm

。3、求出船模的剩余阻力Rrm

。4、應用比較定律，換算出實船的剩余阻力Rrs

。5、以相當平板假定為基礎，計算出實船的摩擦阻力Rfs。6、求出實船的船體阻力Rts。

1、摩擦阻力計算的理論基礎

相當平板假定，即船體的摩擦阻力與同速度、同長度、同濕面積的相當平板摩擦阻力相等。

這一假定是計算船體摩擦阻力的基礎。

2、摩擦阻力計算的基本思想以相當平板假定為基礎，首先計算出船體對應的相當平板的摩擦阻力，然后針對船體與相當平板的差異進行修正，最后得到船體的摩擦阻力。1）相當平板的摩擦阻力系數

A、1957年ITTC公式主要適用于傅汝德法（二因次法），我國現用此公式。三、摩擦阻力的計算

B、休斯公式

主要適用于（1＋K）法（三因次法）。2）船體與“相當平板”的差異及修正

①表面（縱、橫）彎曲度

A、一般說來，船體表面彎曲度使摩擦阻力增大。B、彎曲度的影響使船體的摩擦阻力大于相當平板的摩擦阻力，但是這種阻力的增加量是比較小的，一般不作修正，理由如下：a、船體彎曲度對摩擦阻力的影響并不顯著；b、由于目前對形狀效應的修正尚無公認的辦法。

注意：一般認為想通過改變船體線型的辦法來減小摩擦阻力，其效果是不大的。

②表面粗糙度

船體表面粗糙度對摩擦阻力的影響既顯著又敏感，試驗證明微小的粗糙度會導致摩擦阻力較大的增加。目前在計算船體表面粗糙度對摩擦阻力的影響時，均采用“粗糙度補貼系數△Cf”的形式。對于一般船舶，我國取粗糙度補貼系數

小結：針對船體與“相當平板”的差異進行修正，一般不修正彎曲度的影響，只修正粗糙度的影響，但不意味著彎曲度對摩擦阻力沒有影響。在實際計算中，總的摩擦阻力系數可取為光滑平板摩擦阻力系數Cf再加上一個與雷諾數無關的粗糙度補貼系數ΔCf

。

3）船體摩擦阻力的計算公式在實際計算中，總的摩擦阻力系數可取為光滑平板摩擦阻力系數Cf再加上一個與雷諾數無關的粗糙度補貼系數ΔCf。因此，包括表面粗糙度影響的船體摩擦阻力為：

其中ΔCf值系根據各國的習慣或不同的船舶而選取。對于一般船舶，我國取ΔCf=0.4×10-3。

3、摩擦阻力計算的一般步驟

1）計算船的濕表面積S（積分法和經驗公式法）。

2）計算雷諾數

，其中LWL為水線長(m)，是船速，是水的運動粘性系數。

如無特殊注明，對于實船取標準水溫t=15℃時之值。3）根據光滑平板摩擦阻力公式算出或由相應的表中查出摩擦阻力系數Cf。

4）決定粗糙度補貼系數ΔCf的數值，目前我國一般取ΔCf=0.4×10-3。5）計算出船體的摩擦阻力

。

以增加相對于船體阻力（或對應于船體阻力的有效功率）的百分數來表示