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船舶阻力兴波阻力

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2、注意:这里所说的兴波和兴波阻力是指船舶 在静止水面上运动时,由于自身运动而产生的 兴波及兴波阻力,不包括外界如过往的船只、 阵风等作用在水面上兴起的波而产生的阻力。 3、研究兴波阻力的重要性 兴波阻力在船舶阻力中占有重要位置。通常兴 波越大,兴波阻力就越大,同时兴波对堤坝等 结构物和过往船只等产生冲击作用。兴波阻力 随航速的增高而增大,对于高速船,兴波阻力 占总阻力的一半左右。 1 §3-1 船舶兴波及特性 一、船舶兴起波浪的分类 1、船行波:在船舶行驶过后,留在船体后方并 不断向外传播的波浪。由船行波而产生的阻力 称为波型阻力,它是兴波阻力的主要部分。 2、破波:被船体兴起后很快就破碎的波浪。破 波主要发生在肥大船型上。破波产生的阻力称 为破波阻力,在兴波阻力中占有的比重较小, 因此*惯上若无特别说明,兴波阻力不包括破 波阻力。 2 二、船行波的特征 3 1、整个船行波分为首尾两大波系:船首横波和 船首散波;船尾横波和船尾散波。 2、整个船波系基本上集中在凯尔文角所限定的 扇形面范围内。 3、整个船波系各散波之间及散波与横波之间互 不干扰。 4、船首尾波两横波在船尾部分互相混合,组成 合成横波,因此通常在船尾及其后方所观察到 的已是两横波干扰后的合成波。 4 §3-2 船舶兴波阻力特性 一、兴波阻力与波浪参数的关系 当船舶航行时,整个船波随船体一起前进,所 以船波的传播速度与船速相等。根据能量守恒 ,船体所供给的波浪能量等于兴波阻力所做的 功,依据波浪理论有: 关系:兴波阻力与波高*方和波宽成正比关系 。当船舶航行的兴波波高增大时,兴波阻力必 然急剧增大。 5 二、船体兴波阻力表达式 船舶兴波阻力必须计及三方面产生的波浪阻力 1、船首横波中未受干扰部分的波阻。 2、船首尾横波干扰后合成波的波阻。 3、船首尾波系中散波的波阻。 6 二、船体兴波阻力表达式 7 兴波阻力*似表达式: 兴波阻力系数*似表达式: 上式中A、B、C、D为常数,S为船体湿表面积 8 三、兴波阻力的特性 1、兴波阻力的一般规律 由上式可知:随船速增加,兴波阻力将急剧增 大;同时也说明对低速船而言,兴波阻力在总 阻力中所占比例很小,而对高速船而言,兴波 阻力在总阻力中所占比例很大。 9 2、兴波阻力的曲线的形状 10 3、不同船型的兴波阻力差异 11 §3-3 兴波阻力与船型的关系 1、兴波阻力与波高关系密切,而波浪的波高受 船体形状的影响,特别是首部形状的影响尤为 突出。 2、在相同傅汝 德数时,丰满 船型的兴波阻 力系数比瘦削 船型的兴波阻 力系数大。 12 3、兴波干扰主要和船长和菱形系数有关。 兴波干扰:船行波的首尾横波在船后发生相互 干扰。若它们是反相的,则两者相互抵消,兴 波阻力也较少,这种干扰称为有利干扰;反之 ,若两者相位相同,则船后波浪变大,兴波阻 力增加,这种干扰称为不利干扰。 13 §3-4 确定兴波阻力的方法 一、船模试验法 原理: 方法一:依据傅汝德法,即二因次法的关系 式 。通过模型试验确定剩余阻 力系数来确定分析兴波阻力。 14 采用方法一的主要原因: 1、船模试验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。 2、将兴波阻力从剩余阻力中分出来的意义不大 方法二:依三因次法 通过模型试 验确定兴波阻力系数来研究分析兴波阻力。可 比二因次法更正确的反映兴波阻力的特性。 15 二、兴波阻力理论计算概况 (一)、阻力主要是由兴波引起的,而兴波又 主要是由重力作用引起的,粘性在其中的作用 较笑,所以兴波阻力理论中大部分基于势流理 论。 线性理论:薄船、细长船和扁船理论等。 1、薄船理论:将自由表面边界条件简化为在静 水面上满足,船体表面上分布奇点简化为在船 体纵中剖面上满足,这种理论称为薄船理论, 以Michell积分为代表。 16 2、细长船理论:若引入船舶宽长比及吃水长度 比均为小值,自由液面边界条件简化为在水* 面上满足,船体表面奇点简化在船体中纵轴分 布 ,相应的兴波阻力理论称为细长船理论,以 Noblesse细长船理论为代表。 3、扁船理论:若引入船舶吃水宽度比和吃水长 度比均为小值,自由液面边界条件简化为在水 *面上满足,船体表面分布奇点简化在船体设 计水线面上满足 ,相应的兴波阻力理论称为扁 船理论。该理论适合于浅吃水的扁船。 17 说明一:势流理论研究中,由于忽略了粘性的 影响,导致有些势流理论方法的计算结果普遍 出现兴波阻力系数曲线的峰谷夸张等现象。有 研究者解释,是因为势流理论夸大了波的干扰 现象。为了弥补势流理论的不足,研究者们探 讨了粘性对兴波阻力的影响。 说明二:由于现有的粘流理论、数值计算方法 等的不完善以及计算机硬件和软件的限制,目 前自由表面形状模拟结果不如势流理论。同时 粘流所用的的时间远比势流理论多的多,目前 粘流模拟还没有达到较为成熟的工程适用阶段 18 (二)、薄船理论 1、假设 1)船宽长比很小,船体为薄船; 2)水是不可压缩、均质及无粘性的理想流体, 流动无旋; 3)船体兴波为微幅波; 4)忽略船体下沉、纵倾对兴波阻力的影响。 19 2、计算坐标系 流场中速度势: 20 3、扰动速度势满足的基本方程 4、扰动速度势满足的边界条件 21 22 理论上,通过求解拉普拉斯方程,并满足上述边 界条件就可求出速度势,进而求出兴波阻力。但 是船体形状比较复杂,对实用船型无法得到速度 势的解析解。 23 5、兴波阻力公式 公式表示了兴波阻力与船型函数及航速之间的 关系。影响兴波阻力主要是水线的纵向梯度。 24 6、说明:对实用船而言,理论计算结果与试验 结果有很大偏差。但是,理论计算结果与试验结 果定性上是一致的,在一定的条件下,只要运用 得当,按线性理论得到的优良船型,在实际应用 上相对也是优良船型。 25 §3-5 减小兴



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