第七章 阻力近似估算 船舶阻力 与推进Word文档格式.docx

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0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.50

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0.27

0.31

0.36

0.42

0.47.

0.53

0.38

0.44

0.49

0.56

0.55

0.64

0.43

0.52

0.60

0.68

0.80

0.37

0.59

0.70

0.82

0.99

0.40

0.73

0.88

1.04

0.61

0.77

0.93

—

0.72

1.00

1.26

1.54

0.23

0.33

0.45

0.29

0.47

0.46

0.25

0.71

0.81

0.66

0.90

1.01

1.10

1.02

1.32

1.49

1.67

1.82

1.45

1.86

2.18

1.03

2.00

2.41

0.97

0.87

1.20

1.28

1.22

1.43

1.56

1.68

1.46

1.97

2.48

2.88

3.20

3.50

1.13

2.30

3.26

4.28

1.23

2.47

3.77

5.02

0.67

0.75

0.83

0.62

0.96

1.31

1.41

0.91

1.29

1.58

1.80

1.96

2.10

2.23

1.30

1.94

2.54

2.75

2.32

3.02

3.43

1.70

2.63

2.21

5.38

4.36

6.64

表7-1（b）泰洛标准系列剩余阻力系数（B/d＝3.00）

0.48

0.63

0.74

1.24

0.86

1.11

0.85

1.19

1.39

1.18

1.50

2.20

0.57

0.35

0.58

0.65

0.76

1.42

1.63

1.79

1.17

1.57

1.89

2.45

1.74

2.19

0.95

1.33

1.40

1.52

1.08

1.60

1.72

1.85

1.99

2.15

2.57

2.89

3.13

3.52

2.40

3.40

4.22

2.69

3.98

5.16

1.07

1.14

1.25

1.38

1.65

1.77

1.92

2.05

2.60

2.82

2.93

3.05

3.14

2.61

3.48

3.03

4.15

4.97

表7-1（c）泰洛标准系列剩余阻力系数（B/d＝3.75）

1000/L3

0.78

0.84

0.94

1.12

1.27

1.53

1.16

1.66

1.21

1.61

2.55

（续上页）

1.34

0.92

1.88

1.83

2.50

2.24

2.70

0.79

1.05

0.98

1.36

1.48

1.15

1.64

2.08

2.62

2.98

3.22

3.39

3.36

4.05

4.98

1.06

1.55

1.78

1.98

2.11

2.17

2.52

2.67

2.78

2.91

3.11

3.23

3.08

3.97

4.68

当B/d一定时，（7-2）式成为：

Cs=f4（Cp，

）（7-2a）

所以Cs图谱的形式是：

以每一组B/d值给出一张图谱，表示为在不同Cp和Ñ

/L3时的Cs等值曲线，如图7-2所示。

显然，根据设计船的B/d，Cp和Ñ

/L3值，由该图谱可查得Cs值，进而可按下式求得船体湿面积：

S=Cs

（7-3）

（3）适用的参数范围

泰洛标准系列的船型参数范围分别为：

第—组；

B/d＝2.25，L/B＝5.0～14.5，Cb＝0.44～0.80，Cp＝0.48～0.86

第二组：

B/d＝3.00，L/B＝4.6～15.1，Cb＝0.44～0.74，Cp＝0.48～0.80

第三组：

B/d＝3.75，L/B＝4.0～13.4，Cb＝0.44～0.80，Cp＝0.48～0.86

显见，泰洛系列的适用范围很广。

2．泰洛法阻力估算的具体步骤

应用泰洛法估算阻力的步骤及其注意点可归纳如下：

（1）计算设计船的船型参数值B/d，Cp，Ñ

/L3和Fr；

（2）求湿面积系数Cs值

一般可由船体型线图求得湿面积。

但如果在估算设计船的实船有效功率时，尚无型线图，则可近似认为其湿面积与标准船型的湿面积相等。

这样可按给定的B/d值选用与其最接近的两张Cs图谱，并由给定的Cp和/L3值查得Cs值，然后对B/d进行线性内插求得给定参数值时标准船型的Cs值。

（3）计算摩擦阻力系数Cf值

在泰洛法中，Cf值是按桑海公式进行计算的，可先计算雷诺数，然后由查表或直接按公式计算得到。

应该注意计算雷诺数的船长应为水线长度。

粗糙度补贴ΔCf一般取0.4×

10-3。

（4）求剩余阻力系数Cr值

根据设计船的参数B/d，Cp，Ñ

/L3和Fr值，可选对应的Cr图谱，经各参数内插求得Cr值。

应该注意，如果实船的湿面积S′已知时，则可求得实船之湿面积系数Cs'

为：

Cs'

=S′/

（7-4）

其值如与标准船型湿面积系数Cs不同时，必须对所得到的剩余阻力系数值Cr进行修正，修正后的实船剩余阻力系数Cr'

Cr'

=Cr·

Cs/Cs'

（7-5）

若在计算时不知船的湿面积系数，则可假定Cs'

＝Cs，则有：

Cr'

=Cr（7-5a）

（5）计算总阻力Rts，有效功率Pe值

总阻力系数：

Cts＝Cr'

＋Cf＋ΔCf

总阻力：

Rts＝Cts·

ρυ2S′（N）

有效功率：

Pe＝Rtsυ/1000（kw）

对不同航速，重复上述计算步骤可以得到有效功率曲线。

具体计算可列表进行。

最后，应该指出，泰洛标准船型的母型为一巡洋舰，其阻力性能较好，因此对航速较高、船型较瘦的双螺旋桨船用此法计算比较适当；

而用于估算一艘商船，所得结果往往偏低。

二、陶德（Todd）法（又称系列60）

陶德用编号为60的一组不同方形系数母型船模为基础，首先系列变化其浮心纵向位置，然后对不同方形系数的母型船保持其浮心在最佳纵向位置不变，系统地变化L/B、B/d发展成系列60。

系列60在民用船中应用十分广泛，在船型研究中常被用作标准船型。

陶德法比较适用于估算单螺旋桨运输船的有效功率。

由于系列60船型的阻力性能甚好，因而用此法估算的有效功率对一般船来讲往往偏低一些。

系列60的船型系数范围为：

Lbp/B＝6.5～8.5；

B/d＝2.5～3.5；

Cb＝0.60～0.80；

航速范围：

Vs/

＝0.4～1.0（相应Fr＝0.12～0.30）。

其中Lbp为垂线间长，Lwl为水线长，计算方形系数用垂线间长，Vs为航速，其单位为节（kn）。

所用单位均为英制，即长度以英尺（ft）计，排水量为英吨，阻力用磅力（1bf）计算。

系列60阻力试验结果已绘制成每英吨排水量剩余阻力（磅力）Rr/∆图谱。

并以B/d＝2.50，3.00和3.75分成三组。

每组对一定的Vs/

给出一张以L/B为纵坐标，方形系数Cb为横坐标的Rr/∆等值图谱。

图7-3是该系列图谱的一张。

其次摩擦阻力按桑海公式计算，粗糙度补贴系数ΔCf取0.4×

为方便起见，已绘成诺模图，根据航速和船长可直接得到每平方英尺湿面积的摩擦阻力Rf/S。

为了确定摩擦阻力，该方法还给出了三种B/d情况下的该系列湿面积系数图谱。

陶德法估算阻力的具体方法是；

在给定航速时，分别由相应图谱求得S、Rr/∆和Rf/S值之后，则总阻力为：

Rt＝（Rr/∆）·

∆＋（Rf/S）·

S

如设计船的浮心纵向位置不在系列60母型的最佳位置时，特别是两者相差较大时，则需另加修正。

由于在应用电子计算机进行阻力分析、计算及船型参数的优选中，使用回归公式具有很多优越性，所以我们重点介绍系列60的阻力回归公式。

系列60的阻力回归公式是用线性回归分析方法处理系列60的试验图谱得到的，其总阻力系数Ct表示为下列函数形式：

Ct=f

（7-6）

对于标准船长为122m的船，其总阻力系数Ct122的回归多项式可表示为：

Ct122=A1+A2（L/B）+A3（B/d）+A4Cb+A5xb+A6（L/B）2+A7（B/d）2

+A8（Cb）2+A9（xb）2+A10（L/B）（B/d）+A11（L/B）Cb+A12（L/B）xb

+A13（B/d）Cb+A14（B/d）xb+A15Cbxb+A16xb（Cb）2（7-7）

式中，Ct=0.9492

（7-8）

其中Rt——总阻力（N）；

∆——排水量（t）；

Vs——航速（kn）；

L——垂线间长（m）；

Lwl——水线长（m）；

Ct122——垂线间长为122m船的总阻力系数；

xb——浮心纵向位置，以距船中%L计，舯前为正。

为了便于确定回归系数，将（7-7）式化为下列线性形式：

Y122=a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7+a8x8

+a9x9+a10x10+a11x11+a12x12+a13x13+a14x14+a15x15+a16x16（7-9）

式中，x1=1；

x2=2（L/B-7）/3；

x3=2（B/d-3）；

x4=10（Cb-0.7）；

x5=（xb-0.515）/2.995；

x6=x22；

x7=x32；

x8=x42；

x9=x52；

x10=x2x3；

x11=x2x4；

x12=x2x5；

x13=x3x4；

x14=x3x5；

x15=x4x5；

x16=x5x42；

Y122=（Ct122-17.3505）/8.3375。

对于不同的速长比Vs/

，（7-9）式中的系数列于表7-2。

船长为L的设计船的总阻力系数CtL可通过对标准船长的总阻力系数加以修正得到：

CtL=Ct122+SFC（7-10）

表7-2陶德法的回归方程系数

式（7-9）中系数

Vs/

0.9055

0.9961

1.0866

1.1772

1.2678

1.3583

1.4489

1.5394

a1

a2

a3

a4

a5

a6

a7

a8

a9

a10

a11

a12

a13

a14

a15

a16

-0.8244

+0.1906

+0.1164

-0.0519

+0.0057

+0.0072

-0.0052

+0.1134

+0.0670

+0.0483

-0.1276

+0.1125

-0.0481

+0.0372

-0.0954

-0.0629

-0.8249

+0.1865

+0.1133

+0.0060

-0.0109

+0.0198

-0.0036

+0.1109

+0.0917

+0.0510

-0.0745

+0.0971

-0.0213

+0.0206

-0.1924

+0.0108

-0.8278

+0.2050

+0.1042

+0.0832

-0.0451

+0.0211

+0.0067

+0.0933

+0.0708

+0.0400

-0.0729

+0.1269

+0.0232

-0.0105

-0.0855

+0.0036

-0.7970

+0.2332

+0.1116

+0.1075

-0.0165

+0.0172

+0.0068

+0.1041

+0.0826

+0.0409

-0.0879

+0.1882

+0.0265

-0.0049

-0.0189

+0.0581

-0.7562

+0.2496

+0.1221

+0.1494

+0.0472

+0.0216

+0.0064

+0.1585

+0.1428

+0.0414

-0.0744

+0.2115

+0.0188

+0.0135

+0.0018

+0.0884

-0.6619

+0.2607

+0.1298

+0.2603

+0.1491

+0.0361