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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0.28
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