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1、2015-船舶阻力(7)-阻力的近似估算方法1船舶阻力近似估算方法船舶阻力近似估算方法 1 1、按照计算内容划分：、按照计算内容划分：1 1）直接近似估算总阻力或有效功率；）直接近似估算总阻力或有效功率；2 2）先估算剩余阻力，再根据相当平板公式计算摩擦阻力。）先估算剩余阻力，再根据相当平板公式计算摩擦阻力。2 2、按照估算所采用资料的形式划分：、按照估算所采用资料的形式划分：1 1）图谱法；）图谱法；2 2）回归公式法。）回归公式法。3 3、按照估算所采用资料的来源划分：按照估算所采用资料的来源划分：1 1）母型船数据估算法；）母型船数据估算法；2 2）应用模型系列试验资料估算法；）应用模型
2、系列试验资料估算法；3 3）归纳模型和实船资料分析估算法。）归纳模型和实船资料分析估算法。1.1.图谱形式和参数范围图谱形式和参数范围 剩剩余余阻阻力力系系数数图图谱谱函函数数关关系系 显然，当显然，当B/TB/T、CpCp一定时，该函数关系式可表达为：一定时，该函数关系式可表达为：所所以以，给给出出的的图图谱谱形形式式为为：对对每每一一组组B/TB/T，以以每每一一棱棱形形系系数数CpCp给给出出一一张张图图谱谱，图图中中以以不不同同排排水水体体积积系系数数为为参参数数，作作出出剩剩余阻力系数余阻力系数CrCr对对FrFr（或（或V VL L0.50.5）的关系曲线。）的关系曲线。显显然然，
3、根根据据设设计计船船的的B/TB/T、/L/L3 3、CpCp和和 FrFr值值，可可以以由由所所给给的的图图谱很方便地求得谱很方便地求得CrCr值。值。（1）CrCr 图谱图谱 B/T=2.25无量纲湿面积系数无量纲湿面积系数CsCs图谱图谱 函数关系为函数关系为 所所以以，CsCs图图谱谱的的形形式式为为，以以每每一一组组B/TB/T值值给给出出一一张张图图谱谱，表示为在不同，表示为在不同CpCp和和 时的时的CsCs等值曲线，如图所示。等值曲线，如图所示。显然，根据设计船的显然，根据设计船的B/TB/T，CpCp和和 值，由该图谱可查值，由该图谱可查得得CsCs值，进而可按下式求得船体的
4、湿面积值，进而可按下式求得船体的湿面积 （2）无量纲湿面积系数）无量纲湿面积系数Cs图谱图谱1.1.图谱形式和参数范围图谱形式和参数范围泰勒系列湿表面积系泰勒系列湿表面积系数数CsCs图谱图谱（3 3）适用的参数范围）适用的参数范围 泰勒标准系列的船型参数范围分别为：第一组:第二组:第三组:1.1.图谱形式和参数范围图谱形式和参数范围2.泰勒盖特勒系列阻力估算的具体步骤a a、计算设计船的船型参数计算设计船的船型参数B/TB/T、CpCp、L L3 3和和FrFr。b b、求湿面积系数求湿面积系数CsCs。有型线图有型线图 计算计算SS 计算计算Cs Cs=S S /（L L ）0.50.5
5、无型线图无型线图 查查CsCs图谱图谱 插值计算得插值计算得CsCs 如无型线图，则可近似认为其湿面积与标准船型湿面积相等，则可按照给定的B/T值选用与其最接近的两张Cs图谱，并由给定的Cp、L3值查得Cs值，然后对B/T进行线性内插。c c、计算摩擦阻力系数计算摩擦阻力系数CfCf值值。桑海桑海 Cf=0.4631/Cf=0.4631/（lgRelgRe）2.62.6 Cf=0.4Cf=0.4*1010-3-3 注意：计算雷诺数时的船长应取水线长度。d d、求剩余阻力系数求剩余阻力系数CrCr值值。由由B/TB/T，CpCp，/L/L3 3、FrFr选选Cr Cr 图谱图谱 内插得内插得Cr
6、Cr 如实船如实船Cs Cs 与标准船与标准船CsCs不同，不同，CrCr须修正须修正 Cr=Cr*Cs/Cs Cr=Cr*Cs/Cs 2.泰勒盖特勒系列阻力估算的具体步骤e e、计算总阻力计算总阻力RtRt、有效功率、有效功率PePe值。值。总阻力系数：总阻力系数：总阻力系数：总阻力系数：Cts=Cr+Cf+CfCts=Cr+Cf+CfCts=Cr+Cf+CfCts=Cr+Cf+Cf总阻力总阻力总阻力总阻力 ：Rts=Cts*0.5Rts=Cts*0.5Rts=Cts*0.5Rts=Cts*0.5v v v v 2 2 2 2S S S S （N N N N）有效功率：有效功率：有效功率：有
7、效功率：Pe=Rts v/1000 Pe=Rts v/1000 Pe=Rts v/1000 Pe=Rts v/1000 （kwkwkwkw）不同不同V重复上述计算重复上述计算v-Pe曲线曲线母型母型母型母型巡洋舰巡洋舰巡洋舰巡洋舰 适用航速较高船型较瘦（双桨）适用航速较高船型较瘦（双桨）适用航速较高船型较瘦（双桨）适用航速较高船型较瘦（双桨）普通货船结果偏低普通货船结果偏低普通货船结果偏低普通货船结果偏低 扩展的泰勒系列图谱估算法扩展的泰勒系列图谱估算法 剩余比阻力剩余比阻力RrRr图谱的函数关系：图谱的函数关系：当当B/TB/T、C C一定时，该函数关系可表示为：一定时，该函数关系可表示为：
8、图谱形式是图谱形式是：对每一组对每一组B/TB/T，以不同的，以不同的C C给出不同的图谱，每张图谱中以给出不同的图谱，每张图谱中以不同的不同的FrFr为参数，作出剩余比阻力为参数，作出剩余比阻力RrRr对对CpCp的曲线，如图所示。的曲线，如图所示。剩剩余余阻阻力力的的求求法法：根根据据设设计计船船的的B BT T、C C、CpCp和和FrFr值值由由所所给给出出的的图图谱谱可可求出求出 RrRr，从而求出剩余阻力。，从而求出剩余阻力。其中 Lpp为垂线间长，Lwl 为水线长，方形系数计算采用垂线间长，所有单位均为英制，航速V单位为节。（二）（二）系列系列6060图谱法图谱法 系列系列606
9、0图谱图谱：是由系列60船模阻力试验结果绘制成的，对每一组B/T，针对每一个Fr有一幅图谱。如下图。系列系列6060图谱适用的参数范围图谱适用的参数范围:系列系列6060的剩余比阻力的剩余比阻力RrRr等值图谱等值图谱 （1 1）系列系列6060图谱法图谱法 作为标准船型的系列60在民用船舶中应用较广泛，适用于估算单螺旋桨运输船的阻力。其以一组不同方形系数母型船模为基础，首先系列地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/T而形成的。采用系列60图谱对设计船进行阻力估算时，剩余阻力采用图谱进行计算，摩擦阻力采用桑海公式进行计算，并计入一定
10、的粗糙度补贴系数Cf0.20.410-3。船体湿表面积可由型线图计算求得，亦可由三种B/T状态下的该系列湿表面积系数图谱查得。随着计算机的发展，许多图谱中，总结出了回归公式。随着计算机的发展，许多图谱中，总结出了回归公式。对于标准对于标准L=122mL=122m的船的船将上式线性化可得将上式线性化可得 上式中上式中对于不同速长比对于不同速长比式式 中中a a1 1aa1616是不同的，具体数据见书中表是不同的，具体数据见书中表7 7-4-4。（2 2）系列系列6060回归公式回归公式船长为船长为L L的总阻力系数的总阻力系数C Ctltl可由标准船长总阻力系数可由标准船长总阻力系数C Ct12
11、2t122修修正求得。正求得。式中式中 7 7.2 2 经验公式估算法经验公式估算法一、一、艾亚（艾亚（艾亚（艾亚（AyreAyre）法法法法（爱尔法）（爱尔法）适用：适用：中、低速商船中、低速商船（包括正常尺度的海洋拖轮）（包括正常尺度的海洋拖轮）单位：公制有效功率单位：公制有效功率 包含单桨货船常规附体、空气阻力（约占包含单桨货船常规附体、空气阻力（约占Rt 8%）对双桨船阻力和上层建筑过大者需另行修正对双桨船阻力和上层建筑过大者需另行修正 船型比较老，近代肥大型船舶误差大船型比较老，近代肥大型船舶误差大 1、艾亚法、艾亚法基本思想基本思想 标准船型标准船型有效功率；有效功率；设计船设计船
12、标准船标准船比较比较逐项修正逐项修正（1）标准标准标准标准CbcCbc 单桨船单桨船 CbcCbc=1.08-1.68=1.08-1.68Fr Fr 双桨船双桨船 CbcCbc=1.09-1.68=1.09-1.68FrFr（2）标准标准标准标准B/T=2.0B/T=2.0 （3）标准标准标准标准XcXc，表表9-3（4）标准标准标准标准 Lwl=1.025LbpLwl=1.025Lbp（5）功率功率功率功率 Pe=0.735 Pe=0.735 0.640.64 Vs Vs 2 2/C0 /C0 （kwkw）排水量排水量 吨、吨、Vs 静水试航速度（节）静水试航速度（节）以上都是标准船的数据，
13、实际船与上述不同者，予以修正。以上都是标准船的数据，实际船与上述不同者，予以修正。最后求出实际船的系数最后求出实际船的系数CoCo，再代入求出有效功率。，再代入求出有效功率。2、艾亚法估算阻力的、艾亚法估算阻力的步骤步骤（1）根据）根据Fr或或V/（L）0.5及及L/1/3 查查标准型船标准型船的的C0，图，图7-3（2）根据根据Fr或或V/（L）0.5 查表查表7-5 Cbc和和xc（3）修正）修正 a)Cb修正修正 CbCbc 1=-31=-3*CbCb*Co(Cb-Cbc)/CbcCo(Cb-Cbc)/Cbc CbCbc时时,1 和和 3不累计不累计 3 1,则则3=0 3 1,则将则将
14、3-1 则作为对则作为对xc的修正的修正 d)Lwl的修正的修正 4=C3(Lwl-1.025Lbp)/1.025Lbp4=C3(Lwl-1.025Lbp)/1.025Lbp C4=C3+C4=C3+4=Co+4=Co+1+1+2+2+3+3+4 44、设计船设计船有效功率有效功率有效功率有效功率 Pe=0.735 Pe=0.735 0.640.64Vs Vs 3 3/C4 /C4 （kwkw）裸船体有效功率裸船体有效功率 Peb=Pe/1.08Peb=Pe/1.08u 艾亚法相对适用范围广，特别是中低速船估算结果较艾亚法相对适用范围广，特别是中低速船估算结果较好，但其数据是好，但其数据是40
15、40年代以前的，不适用于肥大船。年代以前的，不适用于肥大船。二.二.Lap-KellerLap-Keller法法 此法将剩余阻力和摩擦阻力分开进行计算，是根据图谱。此法将剩余阻力和摩擦阻力分开进行计算，是根据图谱。摩擦阻力根据桑海公式计算。摩擦阻力根据桑海公式计算。CCf f由表由表2 2-3-3选取。选取。剩余阻力由剩余阻力由 对对 曲线图谱查得。曲线图谱查得。u 确定剩余阻力的方法确定剩余阻力的方法 根据根据C Cp p和和x xc c由图由图7 7-5-5确定该船属于哪组。确定该船属于哪组。根据根据 的值，查的值，查 如果如果C Cp p0.80.8且且L/B6.5L/B6.5，由图，由
16、图7 7-6-6对对 进行修正。进行修正。计算计算CrRrRtCrRrRt B/T2.4 B/T2.4 修正修正 Rt=Rt=1010（B/T-2.4B/T-2.4）0.5%Rt0.5%Rt 2.4B/T3.0 2.4B/T3.0 取正；其他取负。取正；其他取负。总阻力总阻力=Rt+RtRt+Rt7 7.3 3 母型船数据估算法母型船数据估算法 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估算结果的准确性取决于设计船与母型
17、船的相似程度和母型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。船数据的可靠性。常用的母型船数据估算法：常用的母型船数据估算法：海军部系数法海军部系数法 引伸比较定律法引伸比较定律法 基尔斯修正母型船剩余阻力法基尔斯修正母型船剩余阻力法 海军部系数法海军部系数法是母型船数据估算法中最常用的一是母型船数据估算法中最常用的一种估算方法，基础是种估算方法，基础是假定设计船与母型船在傅汝德数相假定设计船与母型船在傅汝德数相等时，两者的海军系数相等等时，两者的海军系数相等。1 1）当设计船与母型船船型的佛汝德数相近时，可近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似认
18、为两船的剩余阻力系数CrCr相等；相等；2 2）当当设设计计船船与与母母型型船船船船型型、主主尺尺度度和和雷雷诺诺数数相相近近时，可近似认为两船的摩擦阻力系数时，可近似认为两船的摩擦阻力系数C Cf f相等；相等；3 3）当当设设计计船船与与母母型型船船船船型型的的主主尺尺度度相相近近时时，可可近近似认为两船的湿表面积似认为两船的湿表面积S S与排水量与排水量的的2/32/3次方成比例次方成比例。海 军 部 系 数 法1、对、对Rf=0.5Rf=0.5v v 2 2S CfS Cf（ReRe）的近似处理的近似处理（1）形状相似船，）形状相似船，S 2/3（2）形状相似、大小、速度略等的船，）形
19、状相似、大小、速度略等的船，Re相近，故取相近，故取 Cf（Re）为常数为常数（3）结果）结果 两船摩擦阻力：两船摩擦阻力：Rf 2/3 v 22、对、对Rr=Rr=0.5=0.5v v 2 2S CrS Cr（FrFr）的近似处理的近似处理（1）形状相似船，）形状相似船，S 2/3（2）低速或）低速或Fr相近时，取相近时，取 Cr（Fr）为常数为常数（3）结果）结果 两船剩余阻力：两船剩余阻力：Rr 2/3 V 2 3、总阻力和有效功率、总阻力和有效功率 Rt=Rf+Rr Rt=Rf+Rr 2/32/3 V V2 2 Pe=Rt*V Pe=Rt*V 2/32/3 V V3 3 Ce=Ce=2
20、/32/3 V V3 3 /PePe 海军系数海军系数 4、应用、应用 形状相似、大小、速度略等的船，形状相似、大小、速度略等的船，形状相似、大小、速度略等的船，形状相似、大小、速度略等的船，海军系数海军系数海军系数海军系数CeCe大致相等大致相等大致相等大致相等 利用母型船资料利用母型船资料求求Ce 求设计船求设计船Pe=Pe=2/32/3 V V3 3 /Ce Ce 5、海军系数海军系数Cm和和Ce Cm=Cm=2/32/3 V V3 3 /PmPm 用机器功率用机器功率Pm代替代替Pe （因为同类船因为同类船Pe和和Pm之比大致为一常数）之比大致为一常数）估算设计船有效马力估算设计船有效
21、马力 Pm=Pm=2/32/3 V V3 3 /Cm Cm Ce阻力性能阻力性能Ce=2/3 V3/Pe 2/3 V3/Rt 1/Ct Cm综合性能综合性能Cm=2/3 V3/Pm=2/3 V3/（Pe/）/Ct 反映快速性（反映快速性（Cm大大快速性好）快速性好）海军部系数海军部系数CeCe反映的是船舶的阻力性能，当我们用反映的是船舶的阻力性能，当我们用 主机功率主机功率P Pm m替换有效功率替换有效功率PePe，则海军部系数可表达为：，则海军部系数可表达为：式子中的海军部系数式子中的海军部系数C C反映了船舶的快速性能，其中包含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
22、机功率了阻力和推进两方面的内容。当主机功率P P给定时，海军给定时，海军部系数部系数C C越大，则其快速性越好。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。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。估算设计船所需主机功率。二、二、引伸比较定律法
23、引伸比较定律法引伸比较定律法引伸比较定律法 形似船尺度比：形似船尺度比：L2/L1=L2/L1=（2/2/1 1）1/31/3 尺度差异不大尺度差异不大应用比较定律应用比较定律 相应速度相应速度(Fr1=Fr2Fr1=Fr2)：V2/V1=(L2/L1)V2/V1=(L2/L1)1/21/2=（2/2/1 1）1/61/6 则有：则有：Rt2/Rt1=Rt2/Rt1=2/2/1 1 Rt=Rf+Rr Rt=Rf+Rr 2/32/3 V V2 2 ；V V 1/61/6 ；Rt Rt 2/32/3 1/31/3=Pe2/Pe1=Rt2V2/Rt1V1=Pe2/Pe1=Rt2V2/Rt1V1=（2
24、/2/1 1）7/67/6 若推进系数相同若推进系数相同,Pm2/Pm1 =Pm2/Pm1 =（2/2/1 1）7/67/6应用应用:母型船母型船母型船母型船V-PV-P曲线曲线曲线曲线设计船设计船设计船设计船V2V2 计算母型船相应速度计算母型船相应速度计算母型船相应速度计算母型船相应速度V1=V2V1=V2（2/2/1 1）1/61/6 查母型船查母型船查母型船查母型船V-PV-P曲线上曲线上曲线上曲线上V1V1时时时时P1P1值值值值 P2=P1P2=P1（2/2/1 1）7/67/6 设计船设计船设计船设计船V2V2时的功率时的功率时的功率时的功率引伸比较定律法引伸比较定律法当设计船和
25、母型船的当设计船和母型船的尺度和形状相近时，尺度和形状相近时，排水量与尺度、阻力排水量与尺度、阻力之比为之比为在傅汝德数相近时，在傅汝德数相近时，相应航速、有效功率与相应航速、有效功率与排水量的关系可表述为排水量的关系可表述为当设计船与母型船的当设计船与母型船的推进系数相同时，两推进系数相同时，两船的主机功率之比为船的主机功率之比为式中式中L L1 1、1 1、U U1 1、P P1 1分别为母型船的船长、排水量、航分别为母型船的船长、排水量、航速、主机功率。角标速、主机功率。角标2 2则表示设计船的相应量。则表示设计船的相应量。在在船舶设计中，当有相近的母型船资料时，应用引船舶设计中，当有相
26、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的功率航速关系曲线，计算出设计船在航速U U2 2时的母时的母型船相应航速型船相应航速V V1 1V V2 2（1 12 2）1 16 6，然后在母型船的，然后在母型船的功率航速关系曲线上查得功率航速关系曲线上查得V V1 1所对应的功率所对应的功率P P1 1，则设计，则设计船在船在V V2 2时的功率时的功率P P2 2P P1 1（2 21 1）7 76 6。(三三)基尔斯修正母型船剩余阻力法基尔斯修正母型船剩余阻力法 前前面面两两种种
27、船船舶舶阻阻力力估估算算方方法法，均均是是在在设设计计船船与与母母型型船船相相似似的的条条件件下下，当当两两船船的的佛佛汝汝德德数数相相等等时时，利利用用其其剩剩余余阻力系数相等而完成的阻力近似估算。阻力系数相等而完成的阻力近似估算。当当设设计计船船与与母母型型船船不不相相似似，或或相相似似程程度度较较低低时时，即即使使在在相相同同的的FrFr下下，其其剩剩余余阻阻力力系系数数也也不不相相同同，此此时时可可以以采采用用对对母母型型船船的的剩剩余余阻阻力力系系数数进进行行修修正正的的方方法法，得得到到设设计计船船的的剩剩余余阻阻力力系系数数，再再按按照照相相当当平平板板摩摩擦擦阻阻力力计计算算公
28、公式式计计算算得得到到其其摩摩擦擦阻阻力力系系数数，完完成成对对设设计计船船的的总总阻阻力力或或有有效功率的估算。效功率的估算。其中比较有代表性的是其中比较有代表性的是基尔斯修正母型船剩余阻力法。基尔斯修正母型船剩余阻力法。1、某船、某船L=115m，B=15.6m，T=5.5m，Cp=0.735，=7104m 3，=7325吨，吨，S=2500 m 2，试用泰洛法估算其在试用泰洛法估算其在12节时的总阻力和有效功率。节时的总阻力和有效功率。2、某船、某船L=115m，B=15.6m，T=5.5m，=7104m 3，=7325吨，吨，Cp=0.735，Xc=1%舯前，试用艾亚法估算其在舯前，试
29、用艾亚法估算其在12节时的总阻力和有效功率。节时的总阻力和有效功率。3、以题、以题1或题或题2中船舶为母型，设计一新船，中船舶为母型，设计一新船，L=110m，=6800吨吨，（1）问）问该新船在航速该新船在航速11节时有效功率；（节时有效功率；（2）该题是否可以直接运用引伸比较定）该题是否可以直接运用引伸比较定律，为什么？结果是多少？律，为什么？结果是多少？4 4、试说明利用基尔斯修正法，估算船舶阻力的方法。、试说明利用基尔斯修正法，估算船舶阻力的方法。、试说明利用基尔斯修正法，估算船舶阻力的方法。、试说明利用基尔斯修正法，估算船舶阻力的方法。思考与作业题：思考与作业题：思考与作业题：思考与
30、作业题：表6.3.3回归系数（SSPA系列）系数项目Fr0.5250.650.650.7250.5250.650.650.7250.5250.650.650.7250.5250.650.650.7250.5250.650.650.7250.5250.6750.5250.6250.5250.600.5250.600.180.190.200.210.220.230.240.250.260.270.280.290.301-26.4362.969-7.754-15.565-0.27320.398-0.52325.8583.60139.204.30631.608-3.2676.1886.3447.017
31、-4.437-0.15759.6810000000000000000003.51353.47433.4231.212-81.8111.951-129.2352.294214.049-3.943-171.612-5.774-34.77-38.851-53.191-49.111-49.991-14.28611.173-21.30811.37829.8789.83530.258140.41533.956207.27549.353216.95663.609103.412132.132182.448159.256132.1138.265-0.3255.4216.0931.374-2.4361.4710-
32、0.647-2.983-0.64803.3020005.3473.138-0.545-0.093-0.504-0.581-0.3460.224-0.36000000-0.669-0.073-0.110-0.075-0.956-0.57900000000-0.0230.027-0.0290-0.0400-0.036-0.045-0.06500-19.1870-11.047-11.721000-4.13204.1390-3.9560000004.443-3.976-1.691-2.429-8.4651.259-8.7540-9.7720-11.958-10.357-15.02-16.554-21.
33、434-28.873-22.901-14.8771.1020.3641.0541.1820.76900.7910.3040.877-0.3751.0801.3941.3571.4431.8642.4751.9171.195-1.105-1.065-1.005-0.965-0.952-0.940-0.88-0.845-0.553-0.388-0.394-0.328-0.2561.9331.9331.9331.9331.9331.9331.8671.8671.3670.9000.950.9000.85-0.164-0.1640.137-0.083-0.150-0.129-0.0910.370-0.
34、458-0.2480.030.5650.4290.400.400.400.400.400.3500.250-0.4001.100.7000.40-0.600-0.34-0.064-0.064-0.046-0.011-0.075-0.095-0.035-0.040-0.101-0.0330.0340.1180.0860.200.200.200.200.200.2000.100.1330.250.1200.05-0.100-0.04（a）母型船的型线图；（b）标准船模的横剖面面积曲线图6.2.1泰勒系列型线和首尾轮廓图6.1.1基尔斯剩余阻力修正系数K1曲线图6.1.2基尔斯剩余阻力修正系数K2曲
35、线图6.1.3基尔斯剩余阻力修正系数K32曲线（a）中低速部分（Fr0.30；（b）高速部分（Fr0.30）图6.2.2泰勒-盖特勒系列剩余阻力系数图谱图6.2.3泰勒系列湿面积系数 等值图 第第6章船舶阻力近似估算方法章船舶阻力近似估算方法船模试验方法是确定船舶阻力的最为精确的方法，也是应用最广泛的方法。但在船舶设计早期的方案或初步设计阶段，船舶主尺度和船型系数已确定，但是船舶线型尚未确定，因而还不能应用船模试验方法来确定阻力，只能用近似方法进行船舶阻力的估算，从而解决本设计阶段两类问题，一类是已知主机功率，确定船舶能达到的航速；另一类是确定要达到一定的设计航速所需的主机功率。从而实现对船舶
36、多方案阻力性能的初步分析，比较各种方案的阻力性能优劣。近似估算阻力的方法很多，按计算内容可分为两类：一类是直接近似估算总阻力或有效功率；另一类是估算剩余阻力，再采用相当平板公式计算摩擦阻力。按估算采用资料的形式分为两类：一类是图谱法；另一类是回归公式法。按估算采用资料的来源分为三类：一类是母型船数据估算法；第二类是应用模型系列试验资料估算法；第三类是归纳实船和模型资料分析估算法。不同阻力估算法用表格表示如下。序号类别使用范围1母型船数据估算法多用于方案设计或初步设计时船舶阻力近似估算2应用模型系列试验图谱估算法3统计或回归实船和模型资料估算法4CFD估算法主要用于研究工作或船型优化在实际设计工
37、作中，应根据设计船与母型船或设计船与各图谱所依据的船模系列之间的相似程度等多方面的因素，有针对性地选择估算方法，以提高阻力近似估算的准确性。6.1 母型船数据估算法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，可以在方案设计阶段快速确定设计船的阻力或有效功率，较易实现对多种方案的阻力性能的比较，但采用该方法估算所得结果的精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，这类方法比较常用的有海军部系数法、引伸比较定律法和基尔斯修正母型船剩余阻力法等。6.1.1 海军部系数法海军部系数法海军部系数法是最早的一种阻力近似估算法，也是较常用的一种估算法，其估算精度取决于设计船与母型船在
38、船型、主尺度及傅氏数和雷诺数的接近程度，取决于母型船数据的精度。（1）当设计船与母型船船型傅汝德数相近时，可近似认为两船的剩余阻力系数相等；（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。两船的总阻力均可表述为：（6.1.1）有效功率表示为（6.1.2）或写成（6.1.3）式（6.1.3）中仅反映了船舶的阻力性能，当用主机功率替换时，海军系数亦可表达为（6.1.4）式中反映了船舶的快速性好坏，包含船舶阻力和推进的综合性能。船舶主机功率给定时，越大，船的快速性越好。
39、显然，对应不同的功率，将有不同含义的海军系数。当有相近母型船数据时，应用海军系数法可以在给定排水量和主机功率时估算设计船所达到的航速，或在给定排水量限制和航速要求时估算设计船的主机功率。6.1.2 引伸比较定律法引伸比较定律法 当设计船和母型船的尺度和形状相近时，排水量与尺度之比为（6.1.5）在傅汝德数相近时，相应航速与排水量的关系可表述为则（6.1.6）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（6.1.7）式中、分别为设计船的船长、排水量、总阻力、航速、有效功率、主机功率。角标2表示母型船的相应量。当有相近母型船资料时，应用引伸比较定律法可以在给定排水量时，利用母型船的功率航
40、速曲线，计算出母型船在设计船排水量时相应的航速，然后在母型船功率航速曲线上查得对应的功率。6.1.3 基尔斯修正母型船剩余阻力法基尔斯修正母型船剩余阻力法 前面两种估算方法，均是在设计船与母型船相似情形下，当两船的傅氏数相等时，利用它们的剩余阻力系数相等而完成的阻力近似估算。当设计船和母型船不相似，或相似程度较低，既便在相同的时，它们的剩余阻力系数也不相同，这时可以采用对母型船剩余阻力系数进行修正的办法，得到设计船的剩余阻力系数，再加上平板摩擦阻力公式计算得到的摩擦阻力系数，实现设计船的总阻力或有效功率的估算。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、=8.0和=3.0时
41、的船模剩余阻力的修正系数作为1，分别给出、或变化时对剩余阻力影响的修正曲线，如图6.1.16.1.3所示，利用这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，当=8.0，=3.0时，当，=3.0时，当，=8.0时式中 海军系数；为排水量（t）；为有效马力（kW）；为船舶航速（kn）则设计船的剩余阻力系数为 式中为母型船的剩余阻力系数；为剩余阻力修正系数，计入，和的修正 该方法得到的阻力近似估算结果精确性取决于设计船和母型船的相近程度。由于该方法是采用对三个无因次量分别进行剩余阻力修正，所以在应用其进行阻力近似估算时可较方便进行多方案的阻力性能分析比较。6.2 应用模型系列试验
42、图谱估算法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，在此图表基础上进行设计船的阻力近似估算。在实际使用时，应针对不同类型的船舶，选用不同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系列、60系列、SSPA系列、BSRA运输船系列等，本小节重点介绍泰勒系列和60系列，其它系列可参见相关文献。6.2.1 泰勒系列图谱估算法泰勒系列图谱估算法50年代盖特勒对泰勒标准阻力数据进行重新分析整理，整理出一套无量纲剩余阻力系数图表。该图表以不同排水体积系数为参数，作出剩余阻力系数曲线，利用该图谱可以计算设计船的剩余阻力系数，再分别由桑海公式计
43、算得摩擦阻力系数，由无量纲湿面积系数图谱计算得船体湿面积，再计入一定的粗糙度补贴，从而可计算出设计船的阻力。该系列亦可称为泰勒盖特勒。1964年柏林造船研究所又在原泰勒系列基础上进行了28艘船模的阻力试验，将系列扩延到4.5，整理了一组剩余比阻力图谱，由于该图谱的参数范围较原有图谱得到扩展，故又称为扩展的泰勒系列。6.2.1.1 泰勒盖特勒系列图谱估算法泰勒盖特勒系列图谱估算法 一、泰勒盖特勒系列图谱形式和参数范围1.剩余阻力系数图谱函数关系为（6.2.1）显然当、一定时，（6.2.1）式的函数关系可表达为所以给出的图谱形式是，对每一组，以每一棱形系数给出一张图谱，图中以不同排水体积系数为参数
44、，作出剩余阻力系数对（或）的曲线，如图6.2.2所示。显然，根据设计船的、和值，可以由所给出的图谱很方便地求得值。表6.2.1(a)、表6.2.1(b)、表6.2.1(c)为重新分析后的泰勒标准组剩余阻力系数数据摘要。因此亦可由该表查得值。2无量纲湿面积系数图谱函数关系为（6.2.2）当设计船与母型舰的，和不同时，分别以泰勒标准系列的，=8.0和=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利用图6.1.16.1.3分别求取它们的修正系数、和、，本系列的母型船是一艘双桨、U型横剖面的巡洋舰，其型线和首尾轮廓见图6.2.1。该系列模型试验图谱可用于军舰的阻力估算，也可用于航速较高的双桨
45、民船的阻力估算。早期的泰勒系列试验图谱是以单位排水量剩余阻力等值线的形式给出。表6.2.1(a)泰勒标准系列剩余阻力系数（）值0.180.200.220.240.260.280.300.320.501.00.200.200.200.200.200.200.240.402.00.270.280.280.320.370.400.440.723.00.310.320.360.430.500.530.611.004.00.360.380.420.520.590.640.771.265.00.420.440.490.600.700.730.931.546.00.470.490.550.680.820.8
46、8-7.00.530.560.640.800.991.04-0.601.00.230.230.230.250.280.380.450.462.00.280.290.300.370.500.731.011.033.00.330.330.380.470.661.021.451.544.00.380.400.460.560.801.321.862.005.00.450.470.530.640.901.492.182.416.00.500.520.600.711.011.67-7.00.560.590.680.811.101.82-0.701.00.230.230.280.400.550.811.13
47、1.232.00.300.320.470.710.971.462.302.473.00.370.420.600.871.221.973.263.774.00.420.520.711.011.432.484.285.025.00.490.590.821.101.562.88-6.00.560.680.901.201.683.20-7.00.640.770.971.281.823.50-0.801.00.450.620.911.301.451.702.212.182.00.530.801.291.942.322.633.774.363.00.600.961.582.303.02-5.386.644
48、.00.671.131.802.543.43-5.00.751.221.962.75-6.00.831.312.10-7.00.901.412.23-表6.2.1(b)泰勒洛标准系列剩余阻力系数（）值0.180.200.220.240.260.280.300.320.501.00.250.250.270.330.380.380.430.592.00.300.300.380.520.610.600.630.903.00.360.360.440.630.740.770.851.184.00.430.430.500.740.860.871.021.505.00.480.500.600.820.960
49、.971.191.866.00.550.600.720.961.111.111.392.207.00.620.680.881.241.311.28-0.601.00.300.300.350.460.560.640.700.742.00.380.380.440.580.750.971.171.283.00.420.420.500.650.871.201.571.744.00.470.490.570.710.931.301.892.195.00.550.570.630.760.991.422.202.636.00.610.640.740.861.041.632.45-7.00.660.740.88
50、1.001.201.79-0.701.0-2.00.420.480.630.821.081.582.402.693.00.490.580.821.101.402.153.403.984.00.560.680.951.241.602.574.225.165.00.630.771.041.331.722.89-6.00.720.871.111.401.853.13-7.00.820.971.171.521.993.52-0.801.0-2.00.650.931.392.052.613.034.154.973.00.861.141.652.603.48-4.00.931.251.772.82-5.0