船舶阻力课件(上海交大)

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1、船舶阻力上海交通大学2006-2007学年第2学期船舶阻力对于船舶和海洋工程系的学生来说是一门很重要的专业课。本课程着重介绍船船舶原理（船舶阻力）舶航行时所受到的阻力的产生原因，各种阻力的特性，决定阻力的方法，影响阻力的因素以及减少阻力的途径等问题。张怀新教授2007年4月20日Slide2上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力第一章总论1-1船舶快速性及其在船舶设计中的地位ShipDesign•快速性：指在给定主机功率时，船舶航行速度快慢的一种性能。它包括：船舶原理结构力学市场、经济材料工艺设备法规静力学动力学船舶阻力：研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问题。浮性、抗

2、沉性稳性快速性运动性船舶推进：克服阻力的推进器（常用螺旋桨）及船体相互干扰与匹配问题。船舶阻力船舶推进操纵性耐波性船型功率Slide3上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide4上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力船舶阻力课程的主要内容•1.航速指标：静水（试航速度）、平均海况时航速（服务速度）•阻力成因与性质设计指标：商船→经济性、使用性军舰→作战性能•阻力与航速、船型等的关系•2.速度（阻力小，推进性能高）•减少阻力的方法，寻找优良船型•估算阻力大小，作为设计的依据•3.船型仍然是竞争的关键之一Slide5上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide6上海交通大学

3、《船舶原理》之船舶阻力1研究方法模型试验试验方法理论计算分析长期以来船模试验是研究船舶阻力的主要•模型试验•理论分析物理概念简单分析手段。至今，凡重要船舶设计、新船型的采用•实船试验•计算分析CFD（Computational都必须进行。FliudDynamics）数值模拟Slide7上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide8上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力拖曳水池实船试验Froude(傅汝德）1871年278×36×10英尺上海交大110×6×3米708所75×5×2.5米鉴定船舶的各种性能是否达到设计要求，并同船模试验比较，分析尺度效应的影响，验证船702所

4、474×14×7米模试验结果的准确性。但是由于经济原因和测试试验性质试验种类的困难，除新船试验外很少进行。•校核试验•阻力试验（无螺旋桨）•变参数试验•自航试验•系列试验Slide9上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide10上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力理论分析CFD(ComputationalFluidDynamics)数值模拟应用流体力学的理论，建立解决问题的基本利用计算机，根据数学模型，采用数值方法，模数学模型，对一些复杂问题减化为简单的情况，拟船体航行时的流场，阻力性能等，与模型试验进行抓出问题的本质，给出一些指导性的定性结果。比较，预报船舶航行性能

5、。解决问题的有效途径以理论分析为基础，把数值模拟和模型试验相结合，提高计算预报的精度和使用范围，总结出一些对船舶设计的指导意见。Slide11上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide12上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力21-2船舶阻力的成因及分类从作用力的方向分类Slide13上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide14上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力船体受力分析按物理现象分类R=−ττcos(,)xds−pcos(,)pxdst∫∫ss∫∫=Rf（摩擦阻力）+RP（压阻力）其中S为湿表面，cos(,)τx为τ与x夹角的余弦R=−τcos(τ,x)dsf∫

6、∫scos(,)px为p与x夹角的余弦R=−ppcos(,)xds=Rf（摩擦阻力）+R（粘压阻力）pv+RW（兴波阻力）p∫∫sSlide15上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide16上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力傅汝德阻力分类应该注意的是压阻力中包含有粘压阻力和兴波阻力两类不同性质的力。兴波阻力既使在理想流体中仍然存在，而摩擦阻力和粘压阻力两者都是由于Rt=Rfp（摩擦阻力）+Rr（剩余阻水的粘性而产生的，在理想流体中并不存在。力）其中R为相当平板的摩擦阻力fp相当平板：船长与湿表面积相等的平板近似认为：RR≈ffp则RRR≈+按流体性质分类rpvwRR

7、tv=（粘性阻力）+Rw（兴波阻力）Slide17上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide18上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力3阻力成分的比例阻力曲线低速船摩擦阻力70%~80%，粘压阻力10%以上船型给定时，在一定外界条件下（粘性系兴波阻力很小数一定，流体密度一定），船体阻力仅仅是船速的v函数高速船兴波阻力40%~50%，摩擦阻力50%s粘压阻力5%1.8324~6R=fv()Rt~υR~υRw~υtspυSlide19上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide20上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力阻力的因素：速度船型介质水运动粘性系数PE