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——————————————————————————————————————————————— 第七章 船舶阻力9.30 第七章 船舶阻力 船舶快速性:船舶消耗较小功率，维持一定航行速度的性能。 由船舶阻力和船舶推进两部分组成。 第一节 船舶阻力的分类及成因 船舶阻力构成： 空气阻力仅占其总阻力的2％～4％ 一、船体阻力的分类及成因 1.按产生阻力的物理性质分类 Rt?Rw?Rf?Rp 船体总阻力=兴波阻力+摩擦阻力+粘压阻力(漩涡阻力) 1）兴波阻力的成因： 根据伯努利方程，当水流流经船体时，随着船长方向流速的变化，水面高度也会起变化。在船舶首尾两端的速度最低处，产生水位上升，而在船体中部速度最高区域内，产生水位下降，这就是形成船波的原因。 伯努利方程：Z1?p1/?g?u12/2g?Z2?p2/?g?u22/2g 首横波自首柱后一波峰开始，尾横波自尾柱前一波谷开始 船首的波峰使首部压力增加，而船尾的波谷使尾部压力降低，于是产生首尾流体动压力差。这种由兴波引起压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力。 从能量观点来解释。船行波必具有一定能量，这个能量只能由船舶克服流体阻力作功而转化出来，波浪的存在正说明了兴波阻力的存在。 2）摩擦阻力的成因：由于流体的粘性，水质点沿着船体表面运动，构成了阻碍船舶运动的力。 3）粘压阻力的成因： 理想流体（无黏性）x轴方向上来流的速度、压力变化 水质点远处为V=V0，接近A点V逐渐变小，到达A点V=0，过A点分流向后V逐渐增大，到达C点，V达到最大值V理，过C点V逐渐变小，到达B点V=0支流汇合，离开B点V逐渐增大恢复为V0。压力分布如曲线I. 作用在前后体上的合力相等，阻力为零。 实际流体（有黏性）x轴方向上来流的速度、压力变化 由于黏性形成边界层（流速受到影响的水层）。 当水质点到达C点，V达到最大值V实＜V理，由于动能较小，到达D点V=0,过D点在压力差的作用下水质点回流，形成许多不稳定的旋涡并与水流一起被冲向船后方。 旋涡的产生使船尾部压力降低，从而使船体沿船长方向的压力分布发生变化，即加大了船首尾压力差（压力分布如曲线Ⅲ）产生了阻力。 从能量的观点来看，在船尾部形成旋涡要消耗能量。 由流体粘性消耗质点动能形成的首尾压力差而产生的阻力称为粘压阻力，用Rpv表示。 2.按作用力的方向分类 Rt?Rf?Rp 船体总阻力=摩擦阻力+压阻力 摩擦阻力：沿着船体表面切向，由水质点沿着船体表面运动所引起。 压阻力：垂直于船体表面，由兴波和旋涡等所引起。 3.按流体性质分类 粘压阻力+摩擦阻力=粘性阻力Rv（由于水的粘性而产生）。 粘压阻力只有在粘性流体中存在，但兴波阻力即使在理想流体中仍然存在。 船体总阻力=兴波阻力+粘性阻力 Rt?Rw?Rv 式中 Rv?Rf?Rp v船体阻力的分类图： 船体总阻力与各阻力的关系 1.Rt?Rw?Rf?Rpv，2.Rt?Rf?Rp，3.Rt?Rw?Rv（Rv?Rf?Rpv） 4.傅汝德阻力分类 船体总阻=摩擦阻力+剩余阻力 剩余阻力=粘压阻力+兴波阻力 Rt?Rf?Rr Rr?Rw?Rp v 认为船体摩擦阻力等于相当平板的摩擦阻力。所谓剩余阻力是指船体总阻力中扣除相当平板摩擦阻力所剩部分的阻力。 三、附加阻力 附加阻力包括附体阻力、汹涛阻力和空气阻力。它们在船舶总阻力中占的比例很小。 1.附体阻力 船舶的舭龙骨、轴支架、舵等装置在水下较深的位置，因而它们产生的阻力主要是摩擦阻力和粘压阻力。 附体阻力的大小与附体的位置、大小、数量和形状有关。 确定附体阻力的方法：一、利用经验公式，二、应用模型试验。 减小附体阻力的措施有：附体沿船体流线方向设置，以减小粘压阻力；尽可能采用湿面积较小的附体，以减小摩擦阻力；附体沿流线方向应采用流线型剖面等等。 2.汹涛阻力 船舶航行于大风浪中较静水中所增加的阻力，称为汹涛阻力。 海浪的作用改变了船体周围的压力分布，使船体压阻力增加。因海浪使船体湿面积增加，导致摩擦阻力也增加。 汹涛阻力的大小与波浪的高度、遭遇周期及船型有关。一般在船舶设计中，通常不具体计算其大小，仅给出一定的储备功率，以使船舶在汹涛中仍然能维持一定的航速。 3.空气阻力