第6章 船舶阻力近似估算方法

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第6章

船舶阻力近似估算方法

确定船舶阻力最准确的方法是通过船模试验，这也是目前 应用最为广泛的方法。 但在船舶设计初期(如方案设计阶段),船舶的主尺度和船 型系数已经确定，但型线尚未确定，此时还不能通过模型试 验方法确定船模阻力，只能用近似方法对船舶阻力进行估算。

阻力估算的目的： 1)在主机已定的情况下，预报船舶能够达到的最大航速；2)在设计航速已知的条件下，确定船舶所需的主机功率。

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船舶阻力近似估算方法1、按照计算内容划分： 1)直接近似估算总阻力或有效功率； 2)先估算剩余阻力，再根据相当平板公式计算摩擦阻力。

2、按照估算所采用资料的形式划分：1)图谱法； 2)回归公式法。 3、按照估算所采用资料的来源划分： 1)母型船数据估算法； 2)应用模型系列试验资料估算法； 3)归纳模型和实船资料分析估算法。

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船舶阻力近似估算方法

船舶阻力近似估算方法

在实际船舶设计中，应根据设计船与母型船或 设计船与阻力估算图谱所依据的船模系列之间的 相似程度等多方面因素，有针对性地选择估算方 法，来提高阻力估算的准确程度。

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6.1 母型船数据估算法母型船数据估算法具有简单、方便的特点，在方案设计阶段 可以实现快速确定设计船的阻力或有效功率。但采用该方法 估算结果的准确性取决于设计船与母型船的相似程度和母型 船数据的可靠性。 常用的母型船数据估算法： 海军部系数法 引伸比较定律法

基尔斯修正母型船剩余阻力法

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海 军 部 系 数 法

海军部系数法是最早出现的一种船舶阻力近似估 算法，也是较常用的一种估算方法，其估算精度取决于 设计船与母型船在船型、主尺度及佛汝德数和雷诺数的 接近程度，取决于母型船数据的可靠性。

1)当设计船与母型船船型的佛汝德数相近时，可近

似认为两船的剩余阻力系数Cr相等； 2 )当设计船与母型船船型、主尺度和雷诺数相近 时，可近似认为两船的摩擦阻力系数Cf相等； 3 )当设计船与母型船船型的主尺度相近时，可近 似认为两船的湿表面积S与排水量△的2/3次方成比例。

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两船的总阻力均可表述为：Rt R f Rr 1 U 2 S (C f Cr ) 3 U 2 22

有效功率表示为：Pe U2/ 3 3

或

2 / 3 U 3 Ce P e

为船舶航速(kn) U

为排水量( t) 为有效功率( kW) Pe

Ce 为海军部系数

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海军部系数Ce反映的是船舶的阻力性能，当我们用主机功率P替换有效功率Pe,则海军部系数可表达为：

2 / 3 U 3 C P 式子中的海军部系数C反映了船舶的快速性能，其中包含 了阻力和推进两方面的内容

。当主机功率P给定时，海军 部系数C越大，则其快速性越好。 可见，对应不同的功率，将有不同含义的海军部系数。 船舶设计中，当有相近的母型船数据时，应用海军部系 数法可以方便地在给定船舶排水量和主机功率条件下估算 设计船所能达到的航速；或在给定排水量和航速要求条件 下估算设计船所需主机功率。

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引伸比较定律法当设计船和母型船的 尺度和形状相近时， 排水量与尺度、阻力 之比为 在傅汝德数相近时， 相应航速、有效功率与 排水量的关系可表述为

当设计船与母型船的 推进系数相同时，两 船的主机功率之比为

L1 1 L2 2

1/ 3

Rt1 1 Rt 2 2

L1 1 U1 U2 L2 2

1/ 6

Pe1 Rt1U1 Pe 2 Rt 2U 2

1 2

7/6

P1 1 P2 2

7/6

式中L1、△1、U1、P1分别为母型船的船长、排水量、航 速、主机功率。角标2则表示设计船的相应量。

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在船舶设计中，当有相近的母型船资料时，应用引申 比较定律法可以在给定船舶排水量时，利用母型船的 功率-航速关系曲线，计算出设计船在航速U2时的母型 船相应航速U1=U2(△1/△2)1/6,然后在母型船的功 率-航速关系曲线上查得U1所对应的功率P1,则设计船 在U2时的功率P2=P1(△2/△1)7/6。

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基尔斯修正母型船剩余阻力法前面两种船舶阻力估算方法，均是在设计船与母型船 相似的条件下，当两船的佛汝德数相等时，利用其剩余 阻力系数相等而完成的阻力近似估算。 当设计船与母型船不相似，或相似程度较低时，即使 在相同的 Fr 下，其剩余阻力系数也不相同，此时可以采 用对母型船的剩余阻力系数进行修正的方法，得到设计 船的剩余阻力系数，再按照相当平板摩擦阻力计算公式 计算得到其摩擦阻力系数，完成对设计船的总阻力或有 效功率的估算。 其中比较有代表性的是基尔斯修正母型船剩余阻力法。

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基尔斯修正母型船剩余阻力法定义 基尔斯修正母型船剩余阻力法是基尔斯根据泰勒标准系列阻力图谱， 以Cp=0.65 、 L / 3 = 8.0和B/T=3.0时船模剩余阻力的修正系数作为1, B/T变化对剩余阻力影响的修正曲线，通过应用这 分别给出Cp、 L / 3或 些曲线实现对母型船剩余阻力系数修正的方法。 图中的修正系数分别为：k1 k2

Cr f1 Fr, CP Cr 0 CP 0.65

当

L/3

=8.0 ,B/T =3.0 时

Cr 3 f Fr , L / 2 3 Cr 0 L / 8.0

当 Cp=0.65 ,B/T =3.0 时3 当 Cp=0.65, L / =8.0 时

k3

Cr f 3 Fr , B / T Cr 0 ( B / T 3.0)

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定义

基尔斯修正母

型船剩余阻力法

B / T 不同时，分别以泰 当设计船与母型船的 C P 、L / 3 、 勒标准系列船型( CP 0.65 L / 3 8.0 B / T 3.0)的剩余阻力系数 为基准，对设计船和母型船的剩余阻力系数分别求取其修正系数 k1、 k2、k3和k1’、k2’、k3’,则设计船的剩余阻力系数为：

Cr k Cr

'

式中Cr’ 为母型船的剩余阻力系数，k为剩余阻力修正系数，且：

k1 k2 k3 k k1 ' k2 ' k3 '应用该方法得到的近似估算结果精确性取决于设计船与母型船的近 似程度。

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图1 基尔斯剩余阻力修正系数K1曲线

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图2 基尔斯剩余阻力修正系数K2曲线

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图3 基尔斯剩余阻力修正系数K3曲线

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6.2 应用模型系列试验图谱估算法应用模型系列试验图谱估算法就是根据模型系列试验资料， 直接给出阻力图表，在此图表的基础上对设计船的阻力进行估 算。在实际使用过程中，应真对设计船泊的类型，选择相应的 模型系列试验图谱进行估算。

常用的模型系列试验图谱包括：泰勒(Taylor)系列图谱、 系列60图谱(又称陶德(Todd)系列)、瑞典的SSPA系列图谱、 英国的BSRA运输船系列图谱等，本书中重点介绍泰勒系列图谱 和系列60图谱，其他图谱可参照相应手册。

泰勒系列图谱估算法

系列60图谱法