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第3章 船舶兴波及兴波阻力 第3章 船舶兴波及兴波阻力 船舶兴波及兴波阻力 3.1 船舶兴波及其特性 3.6 破波阻力 3.6 破波阻力 破波阻力 从现象上认识到破波阻力的出现是船体周围极其复杂的波浪运动的结果，这种波浪运动大体上包含四个发展阶段： 3.7 特殊兴波问题 密度分层介质中的兴波及兴波阻力 物体近海底航行时的兴波问题 减小兴波阻力的方法 3.船体下潜概念 由波浪理论可知，船舶兴波主要发生在自由表面附近，随着浸深增加，波幅会按照指数规律衰减。因此船体下潜设计概念就是使船体排水体积部分或全部移向水面以下，使得船体兴波减小，进而减小兴波阻力。 属于这种概念的船有半潜船和潜水船。其中潜水艇主要并非从减小阻力方面的原因考虑，而是出于军事上的隐蔽性所需。 4.复合船型设计 是通过两种或多种设计概念组合，从多方位考虑减小船舶阻力，提高航海性能。 属于此种概念的有“半潜双体”复合船，如小水线面双体船；“双体气垫船”和“双体水翼艇”等。 采用非常规船型减小兴波阻力 破波阻力是20世纪60年代，随着肥大船型的出现而被发现的一种阻力成分。人们发现，航速较低的肥大型船的船首附近非常容易出现波浪破碎现象，使得船舶阻力增加，这部分增加的阻力就称为破波阻力。 破波阻力本质上是一种兴波阻力， 不能由波形测量得到， 但可以从尾流测量中获得。 在利用波形分析法研究兴波阻力时发现：对于线型瘦削的船型，从船体总阻力中减去粘性阻力（用（1+k）和摩擦阻力的乘积），所得基本上等于由波形分析法得到的波形阻力；但对于较丰满的低速船（即Cb较大的肥大船型），从船体总阻力中减去粘性阻力，所得到的阻力值则大于测量得到的波形阻力，且随着Fr的增大，两者的差别有随之增大的趋势，如下式： Ct＝Cwp＋（1＋K)Cf＋Cwb 式中的Cwb是一项新的阻力成分，这种阻力成分与丰满船型首部出现的破波现象有直接关系，所以命名为破波阻力。 四个发展阶段 形成非常陡 的非线性波 波峰发生破碎， 出现能量损耗 这种能量损耗在 破碎的波峰前后 出现（自由表面） 湍流向外扩散； 在船体后方形 成动量亏损的 尾流 船体兴波阻力干扰预报 船体兴波干扰与兴波阻力干扰预报 艾亚通过对各种民用船舶的模型和实船试验结果进行分析，给出了不同Fr和U/L0.5与波阻峰值点、谷值点对应关系，如下表： 船体兴波阻力干扰预报 船体兴波干扰与兴波阻力干扰预报 肩波干扰问题： 通常较为丰满的民船都有一定长度的平行中体，如果前肩过于隆起，就会产生前肩波系，若其与船首波系发生不利干扰，也会使船舶的兴波阻力增加。 高恩、贝克、肯脱和魏格来等经过分析认为，前肩波系与船首波系发生不利干扰的航速为： 其中：Le——船体进流段长度； U——船舶航速。 特别是： 的情况应该极力避免。 一般中、低速船舶会采用平行中体，而高速船不采用。 总之，在船舶设计时应尽量避免船舶处于或接近波阻峰值点，这对于Fr≤0.30的中低速船尤为重要。若无法避免波阻峰值点，则应适当修改船体线型或采取其它措施，如使用球鼻首等。 确定船体兴波阻力的方法 1、船模试验法； 2、波形分析法； 3、兴波阻力理论计算法。 确定船体兴波阻力的方法 船模兴波阻力系数可表示为： Cwm＝Ctm－Cvm 式子中的船模总阻力系数Ctm和粘性阻力系数Cvm可由船模和重叠船模试验求得，进而得到船模兴波阻力系数。但重叠船模试验存在许多难以解决的困难，因而实际中并不被采用。 早期船模试验一般应用佛汝德法，也称为二因次法，由测得的模型总阻力系数减去摩擦阻力系数得到船模剩余阻力系数： Cr＝Ctm－Cfm 采用这种方法的原因是：船模试验中很难将兴波阻力与粘压阻力分开，而且粘压阻力系数基本上不随船速变化。因此兴波阻力的基本特性，诸如峰、谷点等在剩余阻力曲线中均有反映。同时，从不同航速的船舶来看，将兴波阻力从剩余阻力中分出来的意义也不大。低速船的兴波阻力较小，不是研究重点；高速船剩余阻力中的绝大部分是兴波阻力，因此其足以反映兴波阻力的特性。 现行的模型试验方法是依据（1＋K）法，也称为三因次法，由船模试验测得的模型总阻力系数减去粘性阻力系数得到兴波阻力系数： Cw＝Ctm－（1＋K)Cfm 进而研究、分析兴波阻力。该方法较二因次法能够更正确地反映兴波阻力特性。 船模试验法 确定船体兴波阻力的方法 分为横切法、纵切法和斜切法。 波形分析法 3.4 兴波阻力理论计算方