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1、第七章 阻力近似估算方法 阻力近似估算方法按计算内容可分为两阻力近似估算方法按计算内容可分为两类：类：一类一类是直接近似估算总阻力或有效功率；是直接近似估算总阻力或有效功率；另一类另一类是估算剩余阻力，而用相当平板公式是估算剩余阻力，而用相当平板公式计算摩擦阻力；如果依阻力近似估算方法的计算摩擦阻力；如果依阻力近似估算方法的表达形式可分为图谱法和回归公式法两种；表达形式可分为图谱法和回归公式法两种；若根据估算方法的资料来源进行分类，则可若根据估算方法的资料来源进行分类，则可分为分为船模系列资料船模系列资料估算法、归纳实船和船模估算法、归纳实船和船模资料（资料（经验公式经验公式）估算法、）估算法
2、、母型船数据母型船数据估算估算法等三类估算方法。法等三类估算方法。7-1 7-1 船模系列试验资料估算法船模系列试验资料估算法一、泰洛一、泰洛(Taylor)法法 泰洛估算法是根据泰洛标准系列船模泰洛估算法是根据泰洛标准系列船模试验结果整理得到的。其所用母型船虽为试验结果整理得到的。其所用母型船虽为军舰军舰(参见参见6-1)6-1)，但也可用于民用船，特，但也可用于民用船，特别是双螺旋桨客船的阻力估算。别是双螺旋桨客船的阻力估算。二、陶德二、陶德(Todd)法法(又称系列又称系列60)陶陶德德用用编编号号为为6060的的一一组组不不同同方方形形系系数数母母型型船船模模为为基基础础，首首先先系系
3、列列变变化化其其浮浮心心纵纵向向位位置置，然然后后对对不不同同方方形形系系数数的的母母型型船船保保持持其其浮浮心心在在最最佳佳纵纵向向位位置置不不变变，系系统统地地变变化化L L/B B、B B/d d发发展展成成系系列列6060。系系列列6060在在民民用用船船中中应应用用十十分分广广泛泛，在在船船型型研研究究中中常常被被用用作作标标准准船船型型。陶陶德德法法比比较较适适用用于于估估算算单单螺螺旋旋桨桨运运输输船船的的有有效效功功率率。由由于于系系列列6060船船型型的的阻阻力力性性能能甚甚好好，因因而而用用此此法法估估算算的的有有效效功功率率对对一一般般船船来来讲讲往往往往偏低偏低一些。一
4、些。陶德法估算阻力的具体步骤与方法陶德法估算阻力的具体步骤与方法 计算依据：线形回归方程计算依据：线形回归方程标准船型：船长标准船型：船长为为122m的船的船计算公式：计算公式：Pe=(kw)1 1、计算步骤分析、计算步骤分析a、CtL=Ct122+SFC b、Y122=(Ct122-17.3505)/)/8.3375 c、Y122=a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7 +a8x8+a9x9+a10 x10+a11x11+a12x12+a13x13 +a14x14+a15x15+a16x16 (7-9)式中式中，x1=1；x2=2(L/B-7)/3；x3=2(B
5、/d-3)；x4=10(Cb-0.7)；x5=(xb-0.515)/2.995；x6=x2；x7=x3；x8=x4；x9=x5；x10=x2 x3；x11=x2 x4；x12=x2 x5；x13=x3 x4；x14=x3 x5；x15=x4 x5；x16=x5 x4；系数系数 a i 列于表列于表7-2中。中。d、SFC是船长为是船长为L(m)时的摩擦阻力尺度作时的摩擦阻力尺度作用的修正值。其可按下式计算：用的修正值。其可按下式计算：SFC=99.181Cs (Cf L-Cf122)式中式中 Cf 桑海光滑平板的摩擦阻力系数桑海光滑平板的摩擦阻力系数，亦可按下式计算：亦可按下式计算：e、Cf=
6、0.083(lgRe 1.65)f、Cs 湿面积系数，其回归公式为：湿面积系数，其回归公式为：Cs=3.432+0.305()()+0.443()-()-0.643 Cb 7-2 7-2 归纳实船和船模资料分析（经验公式）估算法归纳实船和船模资料分析（经验公式）估算法 一、艾亚一、艾亚(Ayre)(Ayre)法（或称爱尔法）法（或称爱尔法）艾亚曾分析大量船模和实船试验结果，并绘制艾亚曾分析大量船模和实船试验结果，并绘制了用于阻力估算的曲线图表。其适用范围较广，了用于阻力估算的曲线图表。其适用范围较广，一一般对中、低速商船比较适用般对中、低速商船比较适用，也可用于正常尺度的，也可用于正常尺度的海
7、洋拖轮。海洋拖轮。按照艾亚法估算得到的是按照艾亚法估算得到的是公制有效功率公制有效功率，其数，其数值中包含了单桨船通常具有的舭龙骨、舵等值中包含了单桨船通常具有的舭龙骨、舵等附体阻附体阻力力以及一般货船的空气阻力，合计约占裸船体阻力以及一般货船的空气阻力，合计约占裸船体阻力的的8%8%。所以对双桨或多桨船的阻力和对极大上层建所以对双桨或多桨船的阻力和对极大上层建筑的空气阻力应另加修正。筑的空气阻力应另加修正。1 1艾亚法的基本思想艾亚法的基本思想 艾亚法首先规定其所给出的直接估算有艾亚法首先规定其所给出的直接估算有效功率数据所对应的效功率数据所对应的“标准船型标准船型”；然后根；然后根据设计船
8、与标准船型之间的差异逐一进行修据设计船与标准船型之间的差异逐一进行修正正，最后得到设计船的有效功率值。最后得到设计船的有效功率值。艾亚法规定的标准船型的相应标准参数艾亚法规定的标准船型的相应标准参数有：有：(1)标准方形系数标准方形系数Cbc，可用下列公式表示，可用下列公式表示：单桨船：单桨船：Cbc1.08-1.68Fr 双桨船：双桨船：Cbc1.09-1.68Fr其具体数值如表其具体数值如表7-3所列。所列。(2)标准宽度吃水比：标准宽度吃水比：B/d 2.0。(3)标准浮心纵向位置标准浮心纵向位置xc，其值亦在表，其值亦在表7-3中中 列出。列出。(4)标准水线长：标准水线长：Lwl1.
9、025Lbp。艾亚法给出的标准船型的有效功率艾亚法给出的标准船型的有效功率Pe表达表达式为：式为：Pe=0.735 (kw)(7-15)(7-15)式中的系数式中的系数C0可根据长度排水量系数可根据长度排水量系数L/和速长比和速长比V/(或或Fr)由图由图7-4查得。这里查得。这里所用所用L均为垂线间长，图中的均为垂线间长，图中的C0值仅适用于标值仅适用于标准船型。准船型。求得标准船型的求得标准船型的C0值以后，根据设计船与值以后，根据设计船与标准船型间的差异，按统计分析结果对系数标准船型间的差异，按统计分析结果对系数C0进行修正，将修正后的数值代入进行修正，将修正后的数值代入(7-15)式进
10、式进行计算即可求得设计船的有效功率值。行计算即可求得设计船的有效功率值。2 2艾亚法估算阻力的步骤艾亚法估算阻力的步骤 (1)由实际船舶的由实际船舶的Fr或或V/及及L/值在图值在图7-4的曲线上查得相应于标准船型的的曲线上查得相应于标准船型的C0值；值；(2)根据根据Fr或或V/由表由表7-3查得对应于标准查得对应于标准船型的方形系数船型的方形系数Cbc和纵向浮心位置和纵向浮心位置xc；(3)对实船进行修正：与标准船型的参数相对实船进行修正：与标准船型的参数相比较，应作如下四个修正：比较，应作如下四个修正：方形系数方形系数Cb的修正：的修正：当当Cb Cbc时，时，l-3Cb C0 当当Cb
11、 Cbc时，时，l C0Kbc%。这里。这里C0所增加所增加的百分数的百分数Kbc由表由表7-4查得。查得。经方形系数修正后的系数值为：经方形系数修正后的系数值为：C1 C0 l 宽度吃水比宽度吃水比B/d的修正：的修正：当设计船的当设计船的B/d 不等于不等于2.0时，则系数时，则系数C1需需另加一个修正值另加一个修正值2，并按下式计算：，并按下式计算：2=-10Cb(-(-2)%C1 (7-17)经方形系数和经方形系数和B/d 修正后的系数值为：修正后的系数值为：C2 C1 2 C0 1 2 浮心纵向位置浮心纵向位置xc的修正：的修正：若实际浮心纵向位置不在标准位置时，应对系数若实际浮心纵
12、向位置不在标准位置时，应对系数C2 减小一个修正量减小一个修正量 3：3 C2 Kxc%(7-18)这里减小百分数这里减小百分数Kxc由表由表7-5(a)或表或表7-5(b)查得。查得。经经Cb，B/d 和和xc修正后的系数值为：修正后的系数值为：C3 C2 3 C0 1 2 3这里要注意，如果实际的这里要注意，如果实际的Cb大于标准的大于标准的Cbc，则浮心，则浮心纵向位置纵向位置xc的修正量的修正量 3与方形系数的修正与方形系数的修正1是不累是不累计的，而是：计的，而是：若若 3 1，则免去对，则免去对xc的修正，即令的修正，即令 3 0；若若 3 1，则将，则将 31作为对作为对xc的修
13、正量。的修正量。水线长度水线长度Lwl的修正：的修正：对于实际水线长对于实际水线长Lwl大于或小于标准水线长大于或小于标准水线长度度，则应将系数则应将系数C3增加或减小一个修正量增加或减小一个修正量 4：4=C3 (7-19)这样最后经过水线长度修正后的系数值为：这样最后经过水线长度修正后的系数值为：C4 C3 4 C0 1 2 3 4 3 3实际设计船的有效功率实际设计船的有效功率 Pe=0.735 (kw)(7-20)这里这里Pe是计入是计入8%的附加阻力在内的有效功的附加阻力在内的有效功率，其相应的裸船体有效功率为：率，其相应的裸船体有效功率为：Peb Pe/1.08 7-3 母型船数据
14、估算法一、海军系数法一、海军系数法1.1.对摩擦阻力的近似处理对摩擦阻力的近似处理 (1)对于形状近似的船，湿面积大致与排水量对于形状近似的船，湿面积大致与排水量的的2/3次方成比例，即次方成比例，即S ；(2)对两形状相近，且大小、速度略等的船，则对两形状相近，且大小、速度略等的船，则可认为两者的雷诺数可认为两者的雷诺数Re 相近，故近似取相近，故近似取Cf(Re)等于等于常数。常数。这样两船的摩擦阻力为：这样两船的摩擦阻力为：Rf V 2 2对剩余阻力的近似处理对剩余阻力的近似处理(1)同样，对形状近似的两船，认为同样，对形状近似的两船，认为S ；(2)又若在低速或傅汝德数相近时，则近似有又若在低速或傅汝德数相近时，则近似有 Cr(Fr)等于常数，这样两船的剩余阻力可以表等于常数，这样两船的剩余阻力可以表 达为：达为：Rr V 由由(7-2la)和和(7-21b)式，得总阻力和有效功式，得总阻力和有效功率分别为：率分别为：Rt=Rf+Rr V Pe V ,(7-22)或写成：或写成：Ce =(7-23)其中，其中，为排水量为排水量(t)，V 为航速为航速(kn)，Ce称称为海军系数，显然对于船型近似，尺度和航为海军系数，显然对于船型近似，尺度和航速略同的船，它们的海军系数大致相同。速略同的船，它们的海军系数大致相同。