拖航阻力的分类与程序计算.doc

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拖航阻力的分类与程序计算 上海打捞局 沈浦根 海上拖航运输是一种特殊的货物运输。由于受气象、海况、不同被拖物的差异性等因素的影响,对较准确地计算拖航阻力造成困难。如何对被拖物的阻力进行分类,以便较为准确、便捷的计算这些阻力,这是我们从事拖航的同行们一直在探索的问题。本文参照英国OPL出版社油田海船第四卷《Towing》一书及中国船级社《海上拖航指南》1997年版中有关对被拖物阻力的经验计算方法,对各种不同性质被拖物在复杂情况下的阻力进行较为全面的分类并编写成软件进行程序计算。 被拖物在水中拖带时主要受到水和空气这两种流体的作用而产生阻力,在正常情况下,水对被拖物产生的阻力是主要的,现对而言空气对其产生的阻力较小。而在大风浪等恶劣天气时,大风对于被拖物特别是受风面积很大的被拖物(如集装箱桥吊)所产生的阻力就会迅速增大,有时甚至是灾难性的。所以在航线设计时我们就要充分考虑这些因素,全面分析航次中可能遇到的各种天气和海况,制定必要的应急措施,以保证航行的安全。 在对被拖物的拖航阻力进行分类时,本文将其分为: 被拖物船体对水移动时产生的摩擦阻力——Rf; 被拖物水线以下不同造型的船体对水移动时所产生的涡流阻力和兴波阻力(合称剩余阻力)——Rs; 被拖物上层建筑不同高度和形状对风所产生的风阻力——Rw; 波浪对船体拍击所产生的间断拍击力——R4; 被拖物拖航总阻力——R;R=Rf+ Rs+Rw+ R4 被拖物拖航阻力的计算: 计算被拖物对水的摩擦阻力(Rf) 公式:Rf=1.3566*A1*F1*V2*10-4 (吨) 被拖物对水的摩擦阻力主要取决于以下三个因素: 被拖物浸在水中部分的湿表面积A1(㎡); 被拖物湿表面海生物生长状况,用系数F1表示; 海上拖航速度V(节)。 1.求取被拖物的湿表面积A1(㎡): 被拖物的湿表面积A1可由已知的资料获得,或; 根据被拖物的船长、船宽、吃水、方形系数δ基本数据求得。 正常船舶:A1=L(1.7d+ δB); 运输驳船、首尾有线形变化的箱型船:A1=0.92L(B+1.81d); 无线形变化的箱型船及其他水上建筑:A1=L(B+2d); L、B、d——分别为船长、船宽和拖航吃水,单位:m; δ——方形系数。 2:被拖物湿表面海生物生长状况,系数F1 根据被拖物湿表面海生物的附着情况,选择合适的系数: 被拖物湿表面海生物状况 系数F1 表面清洁,无附着物 0.3 表面清洁,有粘性物 0.4 表面有轻微的海生物 0.5 轻微的海生物/小贝壳类附着物 0.6 轻微的海生物/贝壳类附着物 0.7 中等量的海生物/贝壳类附着物 0.8 大量的海生物/贝壳类附着物/明显外凸表面 0.9 3:预设拖航速度V(节) 在对被拖物的摩擦阻力进行计算时,可假设不同的拖航速度,以计算出在该拖航速度下被拖物的对水摩擦阻力。 计算被拖物的剩余阻力(Rs) 公式:Rs=1.3919*A2*F2*V2*1.2*10-2 (吨) 被拖物的剩余阻力主要取决于以下四个因素: 被拖物水线以下最大横截面积A2 (㎡); 被拖物首部形状阻力系数,用F2表示; 海上拖航速度V(节); 拖航海域波浪波形系数,取1.2。 求取被拖物水线以下最大横截面积A2 (㎡) 被拖物水线以下最大横截面积:A2=B*d (㎡); B、d——分别为船宽和拖航吃水, 单位:m。 船体首部形状阻力系数F2的选择 3:预设拖航速度V(节) 应与对水摩擦阻力计算时所预设的拖航速度相一致。 三.计算被拖物的风阻力(Rw) 公式:Rw=1.6488 * A3*(Vw+V)2*CH*F3*10-5 (吨) 被拖物的风阻力主要取决于以下四个因素: 被拖物水线以上横截面对风的投影面积(顶风面积)A3(㎡); 被拖物水线以上横截面对风的投影面积的几何中心距水线的高度系数CH; 航行海区的真风速Vw(节)和拖航速度V(节); 被拖物水线以上建筑对风的形状系数F3。 1.被拖物水线以上横截面对风的投影面积(顶风面积)A3(㎡) 被拖物水线以上横截面对风的投影面积(顶风面积)的获得一般由被拖物的制造商或经营人提供,对于重大件的拖航运输,这些资料是非常重要的。如无法获得,那么就要通过对被拖物进行水线以上横截面面积的计算来获得,误差可能比较大。 2.被拖物水线以上横截面对风的投影面积的几何中心距水线的高度系数CH 根据被拖物水线以上横截面对风的投影面积的几何中心距水线的高度选择高度系数CH 几何中心距水线的高度(米) 高度系数CH 0-15.3 1.0 15.3-30.5 1.1 30.5-46.0 1.2 46.0-61.0 1.3 3.预设航行海区的真风速Vw(节)和拖航速度V(节) 在对被拖物的上层建筑风阻力进行计算时,可假设海

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