高性能船水动力原理与设计总结Word文档格式.docx
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吃水与船长和吃水与船宽的比值都很小的船型称为扁船，由扁船所建立起来的兴波阻力理论称为扁船理论。
对普通的船来说，宽度和吃水与长度相比都很小的，可近似看成细长船；
用细长船建立起来的兴波阻力理论称为细长船理论。
米切尔积分计算兴波阻力。
5.船型的概念，船型包含那些内容？
所谓船型它包括两个方面的内容：
一是表征船体形状的特征参数即尺度和系数
二是船体形状即线型
横剖面面积曲线形状（沿船长方向变化）
肋骨线型
首尾端轮廓线形状。
6.
随体积傅氏数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？
用体积傅氏数表征船舶的相对速度，船在航行时在垂直方向上的平衡关系为：
1）排水航行状态:
当0<
Fr<
1，流体动力占的比重极小，航态与静浮时变化不大，这一状态的船统称为排水型船。
2）过渡状态:
当1<
3，船首上抬较大，船尾下沉明显，船体明显尾倾，流体动力明显增大，垂向动力不可忽视，排水体积较静浮力时明显减小。
3）滑行状态:
当3>
Fr，船体被托在水面上航行，仅有一小部分船体和水面接触，吃水减小，静浮力减小，艇体几乎完全由流体动升力支持。
瘦长船舶：
船的长宽比较大的船舶，尤其是高速排水式的船和瘦长船型最为接近。
船型：
包括船的外观形状，尺度，特征参数以及型线。
7修长度对高速排水型船的影响？
对体积付氏数大于3的情况如何？
8.
影响耐波性的船型参数有哪些？
（图2-4）
P10
1）
贝尔的耐波性品级指标中影响耐波性的船型参数有哪些？
2）
莫尔在研究船型与耐波性的关系中，影响纵向运动的船型参数有哪些？
1）有6个参数：
中前水面面积系数CWF；
中后水面面积系数CWA；
吃水船长比T/L；
C/L,其中C为龙骨截至点至首垂线距离；
中前竖向棱形系数CVPF；
中后竖向棱形系数CVPA。
由纵摇角有义值公式可知有如下几个参数：
水线面系数Cw，方形系数Cb，浮心在中横剖面前的纵向位置相对船长的百分比LCB，船长比船宽L/B，船长比吃水L/T,实船纵向质量惯性半径Ryy。
9.
常用高速方艉圆舭排水型船阻力计算方法有哪些？
图谱方法有哪些？
P16图谱运用范围
有图谱法和回归分析法。
图谱法有:
英国皇家物理实验室的高速圆舭NPL系列图谱法；
原苏联的《方尾图谱》法，瑞典SSPA高速小型排水型艇系列。
10.
单体圆舭高速船的船型特点？
书13页
（1）船的长度较长。
长度系数ψ＝L/v1/3的增大对于快速性还是耐波性来说都会有好处，增大船体的瘦长比使静水阻力和波浪阻力都能减小。
瘦长比为10的极瘦的船即使是在高海情下，速度损失也不会超过5%。
（2）船底横向斜升角较大,向深V发展.船底升高越大,冲击加速度越小。
（3）船的排水体积和重量后移。
（4）干舷适当。
首部较尖（水线进角较小）的艇，因储备浮力比较小，首部干舷往往需要加大。
这有利于保证避免甲板的上浪和淹湿。
11.
方艉船型的水动力特点？
随着航速的不断提高，方艉船的尾部水流的流动情况也在不断地变化。
在低速时，因为方尾尾部水流不能沿着船体的底部和两侧向后迅速脱离开船体，所以在尾后形成大量的漩涡。
在Fr>
0.45的高速时，船尾部的水流具有足够的动能以克服粘性的影响而迅速脱离船的尾部。
方尾尾板之后不再出现漩涡，而是船侧和船底的水流在船后某个位置发生交汇，形成“空穴”。
这段长度称为“虚长度”，相当于增加了船体长度，使船体的修长度系数加大。
同时，又使船长Fr数减小。
可以减小兴波阻力，从而降低兴波阻力。
12.
方艉船型的特征参数（b/B,β）及其对水动力性能的影响？
P24
相对尾板宽度b/B和尾封板底部横向斜升角β都是表达方尾特征的船型参数，反映方艉船后体收缩程度的无因次量。
b/B越小，β越大，则方尾的尾板面积越小，说明船的后体相对尖瘦，这在低速时对减小船体的粘压阻力有利；
反之，即收缩程度越大，则在高速时对减小船体的兴波阻力有利。
低速时后体的收缩程度直接影响到漩涡水流区域的大小，高速时，会影响到“虚长度”的大小。
13.方尾船虚长作用
14.
为什么深V船型的耐波性好？
P32
深V型船的砰击概率要比与它相当的圆舭型船低得多，这主要是因为深V型船吃水深，尖舭的折角线无论是对横摇运动还是纵摇运动都有更大的阻尼作用，因此在同等情况下横摇幅度和纵摇幅度均比一般圆舭船小。
同时，由于横向斜升角越大，吃水较深，对减小纵摇运动幅度有利。
深V型船的后体均保持有较大的底部横向斜升角，这使得其纵摇轴更接近于艇的重心纵向位置。
因此纵摇固有周期应当比常规的圆舭型艇要短，在风浪中更容易引起谐振。
但由于纵摇轴移到舯部件，则不仅转动惯性半径减小而且转动力矩减小。
可以认为这是深V型船首部冲击加速明显减小的主要原因。
15.
单体深V高速船的船型特点？
P25
①横剖面呈V字型，舭部呈折角尖舭形状，底部横向斜升角β≥20°
，横剖线呈直线或近乎直线②首部附近的龙骨下沉到基线以下即反向龙骨坡度，甚至形成类似于球首的形状，横剖面更加升V③整个后体横剖面底部斜升角β设计成不变或几乎不变，以增加尾板附近的升沉和横剖面积④后体设有短舭龙骨和尾鳍⑤船体形状简单，易建造。
试比较深V船型与常规圆舭船型的水动力特点？
P30
①阻力：
随着航速的升高，深V船型的尾倾比圆舭型要好，且低速时浅水阻力要好，说明升V船型在浅水中达到的航速比圆舭型船要高②耐波性：
与圆舭型船相比，深V船型斜升角大于20度，发生的纵摇较小，垂向加速度较低，顺浪时显著减小了首摇，因而具有非常好的航向稳定性③稳性：
由于横剖面呈V型，在舭中型深相同的时，深V型船比圆舭型船重心要高，但深V型船有较大的型宽和丰满的水线面，因此稳性好得多。
画出典型圆舭和深v船型横剖面图。
16.
SSB的作用？
P33
①SSB首增大了船舶的阻尼力和静回复力，减小了纵摇运动②SSB船型在短波时对升沉幅值的响应低于常规船型，在长波时则相反③SSB带有固定的减纵摇鳍，明显减小纵摇和升沉
17.
据试验结果，书（P34~37）分析不同参数的SSB首对阻力和耐波性的影响。
形状变化对其运动影响：
随着剖面宽度的依次增大，纵摇的的幅值和加速逐渐减小。
深度的影响：
改变SSB的浸水深度对减小船的剩余阻力有明显的效果，但对运动性能影响不大。
18.
高速双体船的船型特征及其优缺点？
P38
普通双体船是由两个对称的，具有相同线型且平行布置的水下部分（片体）组成。
两片体在水面以上由连接桥牢固的连接在一起，连接桥的底部距水面有一定高度，用特殊形状的外板来封底。
优点：
①片体的长度系数和长宽比较大，航速较高时仍能保持低兴波状态，明显减小兴波阻力和形状阻力，因此具有良好的快速性②良好的居住条件和宽敞的甲板面积，能有效降低自重和造价③稳性好静水中横摇衰减快，则在不规则波上摇摆消失得快④两螺旋桨轴线和片体间距较大，因而双体船具有良好的操纵性和机动性⑤受侧风时比单体船产生的横漂小⑥双体船推进器位于片体的中纵剖面上，处于船体的伴流中，浆效更高⑦双体船稳性好，卸货时不必严格按配载表进行。
缺点：
①片体间存在兴波干扰，增加了阻力②湿面积大，片体间绕流速度高，因此摩擦阻力较大③船壳面积大，相同载重时排水量较大，从而增加了阻力。
19.
高速双体船的阻力特性，分析两片体间干扰阻力产生原因？
P39
Rt=Rf+Rr+△R，其中△R是两片体间的附加干扰阻力，它是由兴波干扰和粘性干扰组成，是双体船特有的阻力成分。
其中波系干扰既发生于首、尾横波系间，也发生于不同片体的散波系。
双体船两片体的散波在中心线处发生交汇而产生干扰。
双体船的片体绕流与孤立的片体的绕流之差别是前者为非对称的，由于内侧的绕流受到两片体的挤压，流速明显增大，只是片体内侧的边界层厚度发生变化，甚至导致漩涡而产生粘性干扰。
20.亚浪板和阻流板（intecepter）的作用？
21.
临界速度和无效干扰速度概念，画出典型普通高速双体船的兴波阻力曲线并分析其特点？
P42
临界速度：
对两个并列的片体研究表明，Fr=0.5是区分低速双体船和高速双体船的临界航速Frc。
无效干扰速度：
船模试验表明，存在一个傅汝德数Fr0，当Fr>
Fr0时，则高速双体船片体间的兴波处于无干扰或有利干扰状态。
（阻力曲线略）
曲线分析如下：
对于Fr<
Frc=0.5的低临界速度区域，双体船在低兴波状态下航行，兴波阻力虽然较小，但兴波干扰现象严重，在剩余阻力曲线上呈现有剧烈振荡的峰谷点；
当Fr>
Frc
=0.5时，双体船的兴波阻力随着航速的增加而降低，此时兴波阻力曲线上的微小波动主要
是由于片体间的散波干扰所引起，横波的干扰始终处于有利的状态。
22.
分析修长度系数及片体间距对双体船阻力影响？
P43~45
1、修长度系数增加使片体间的阻力干扰减弱，特别是使片体间的兴波阻力附加干扰减弱。
可见双体船型适合于高速航行。
当设计的双体船必须采用较小的片体间距时，其片体尺度和船型系数的确定应利用行波干扰特性以获得最小的兴波阻力是完全可能的。
2、双体船的兴波附加干扰阻力与片体间距有关，片体间距决定了两个片体间散波交汇点的位置及横波的重合程度。
片体间距越大，则散波交汇点的位置越推向船后，横波的重合度越小，片体间的兴波干扰越小。
23.
如何估算双体船阻力？
有哪些方法？
P51
1、阿尔费里耶夫高速双体船剩余阻力图谱
2、利用双体母型资料和影响系数估算双体船的阻力
3、利用单体母型船资料和图谱估算双体船的阻力。
试分析双体船航行升沉与纵倾变化的特点,设计中如何计及其影响?
在Fr=0.4~0.7的范围，由于片体干扰的结果使双体船的纵倾角比单体船明显增大.而片体间距越大，干扰效应影响越小，双体船的纵倾越接近单体船的情况.在这个航速以外，干扰影响很小.同时还发现:
干扰对纵倾影响最严重的速度范围也正是在相对应于阻力干扰最不利的航速范围.
在的速度范围，双体Fr<
0.5船的下沉值比单体船要大，而且随着航速增大而增大,在Fr=0.5附近达到极大值.在Fr<
0.5的低速和中速范围,对于双体船必须要考虑由于船体过大的下沉所需要增加的干舷值和连接桥底部与水面的最小间隙值,这是与单体船所不同的.
当Fr>
0.5时随着片体长宽比的增大，无论是双体船还是单体船它们的航行纵倾角将随着Fr的增大而减小,而在Fr=0.5附近船体的下沉也将有所减小.
24.
为什么双体船会发生螺旋运动?
双体的存在使小水线面双体船的横向尺度增大、横向尺度与纵向尺度很接近,所以使双体船的横摇固有周期与纵摇固有周期也很接近。
这样,船舶就容易发生横摇与纵摇的耦合运动,使乘客感觉仿佛船舶在作“螺旋”运动。
人们生理上对这种运动感觉极不舒服,极易产生晕船。
25.
小水线面双体船的船型特点？
SWATH的主船体是由两个相同的片体和一个横向连接桥组成。
连接桥不与睡眠接触，但它可以提供全部的使用空间和较宽的水线面积。
SWATH的片体可以分为上下两部分。
上部分为支柱，它穿过水表面，其水平剖面为一窄长的对称翼剖面，下部称为下体或潜体，它
是一个细长体，其横剖面一般是圆形，或椭圆形，或由不同半径的圆弧和直线组成的横截面。
26.
小水线面船优缺点?
盘5
一、主要优点：
1、在高航速时，静水阻力性能和波浪中阻力性能好。
2、推进效率高。
3、耐波性能好，能在恶劣的海况下平稳的航行。
4、具有宽广的甲板面积和充裕而规整的使用空间，有利于总体布置。
5、低速时船的回转性较好。
6、建造成本低，建造周期短。
7、静稳性好，具有较强的生存能力
二、主要缺点：
1、湿面积大，摩擦阻力较大。
2、船体结构重量比相同排水量的单体船要大。
3、SWATH的吃水和船宽要大于相当排水量的单体船。
4、由于要保证较高航速时的纵向运动的稳定性，SWATH均需要安装前后稳定鳍及其控制系统。
5、回转半径较大。
6、对小型SWATH来说，由于下体横向尺寸的限制，推进系统的安装比较复杂。
7、舾装、辅机设备数量较多，要求高，重量大。
27.
SWATH的性能特点？
P77
1、快速性方面：
首先是双体之间的兴波干扰以及由此而引起的对兴波阻力大小和变化规律的影响；
其次是由于双体对片体间的水流产生“阻塞”效应，不但增加了水流的速度，而且也引起了横向流动，使水流复杂化。
2、耐波性方面：
双体的的存在使小水线面双体船的横向尺度增大、横向尺度与纵向尺度很接近，所以使双体船的横摇固有周期与纵摇固有周期也很接近。
这样一来，船舶就容易发生横摇与纵摇的耦合运动，使乘客感觉仿佛船舶是在作“螺旋”运动，极易晕船。
但采用稳定鳍等减摇设备后，这种耦合运动并不严重。
3、片体细长引起的问题：
由于片体排水体积的主要部分被分布在距水面较远的主体中，所以船作摇摆运动时的兴波阻尼较小。
这样粘性引起的阻尼将与兴波阻尼属于同一个数量级而在运动特性计算时必须计入。
在运动性能分析计算时考虑粘性阻尼的影响是SWATH性能研究的一个特点。
而单体船运动性能计算时一般都忽略粘性的影响。
4、纵向运动稳定性问题：
SWATH由于其水线面面积很小，与单体船相比，其纵向静复原力矩也很小，不足以平衡高速航行时作用在船上的水动力纵倾力矩和其他干扰力，所以其纵向运动是不稳定的。
5、横向波浪诱导载荷问题：
对于SWATH来说，其横向强度是结构强度问题的首要内容。
这是因为片体形状窄长，而侧向面积又相对较大，故横向波浪诱导载荷较大。
这样，保证横向连接桥本身的结构强度和它与支柱连接处的结构强度应该是SWATH结构设计首先要考虑的内容。
28.
SWATH的快速性特点,单支柱SWATH兴波阻力公式中包含那些部分?
双支柱呢?
1、单支柱SWATH兴波阻力公式中包含六种成分：
左右支柱兴波、两主体兴波、同一侧支柱—主体间的干扰、两主体间的干扰、左右支柱间的干扰以及不同侧支柱—主体间的交叉干扰。
2、双支柱的兴波阻力公式中，除了以上单支柱包含的成分外，还有：
同一侧两支柱间的兴波干扰、首支柱—主体间的干扰、尾支柱—主体间的干扰以及不同一侧支柱—主体，支柱—支柱之间的交叉干扰等。
29.
为什么称小水线面双体船是全天候船舶,试分析其耐波性能?
小水线面双体船在高航速时,静水和波浪中阻力性能好推进效率高耐波性能好,能在恶劣的海况下平稳的航行。
故称小水线面双体船是全天候船舶。
①波浪中运动的幅值和加速度均大大小于相当排水量单体船
②垂荡、纵摇、横摇运动的自然周期较长。
这样,有可能避开了不规则海浪中出现最频的谐波的周期,从而降低了在海上的运动响应,也有助于提高船员和旅客的舒适感。
③比较易于使用较小面积的鳍消减纵摇。
SWATH因为水线面极小而且水线长度小,故引起纵摇的波浪扰动力矩较小,可以利用稳定鳍减其纵摇运动。
30.
为什么小水线面双体船纵向运动预报要考虑粘性响?
P86
由于片体排水体积的主要部分被分布在距水面较远的主体中,所以船作摇摆运时的兴波阻尼较小。
这样粘性引起的阻尼将与兴波阻尼属于同一量级而在运动特性计算必须计入。
一些船模试验测量结果已证实了这样处理的必要性。
31.
为么小水线面船通常纵向运动不稳定?
如何改进?
因为较小的水线面及深潜的下体使SWATH得纵向恢复力和力矩远比常规单体船的小，容易产生较大的纵向运动。
有效的改进办法是：
在两个片体首、尾端的内侧增设主动或被动的稳定鳍。
32．鳍的作用及其对耐波性影响？
P88
鳍的作用主要是为了消减SWATH的纵摇运动。
鳍对耐波性的影响：
（1）设置鳍有利于提高SWATH的耐波性，尤其是有利于减小艇的运动幅度。
（2）鳍的纵向位置对SWATH的耐波性影响不大。
（3）鳍尺度对SWATH纵向运动的影响较大。
鳍的尺度越大，鳍所提供的有利纵向恢复力和力矩也就越大。
（4）首鳍和尾鳍的联合使用比单独使用更有利于改善SWATH的耐波性。
33.为什么小水线面双体船纵向运动预要考虑粘性影响？
34．WPC的船型特点，画出典型WPC横剖面形状？
WPC的体积弗洛德数一般在2.0～3.0之间，修长度系数在7.5～8.5之间（有阻力选择）。
船体船的片体基本上都选用尖舭深V形式，首龙骨可下沉到基线以下。
WPC的航速较高，而且通常在尾部安装喷水推荐装置，所以它的尾端必须采用方尾。
浮心纵向位置与航速有关，Fr越低，则LCB的位置越靠前。
连接桥有直壁式和拱形两种形式。
中央船体在首部的龙骨采用下垂的形式，可缓和在大波浪中中央船体首底部所受到波浪的砰击，同时可以提供储备浮力。
35．如何选择WPC的横剖面形状？
尾端形状及首端形状？
1、横剖面的选择：
为了增大片体首底部的横向斜升角，一般采用首部龙骨下沉的方式。
双折角线适用于有较大的舱容以及较低的巡航傅汝德数要求等。
单折角线适用于较小的排水量和较高的相对速度的船舶。
2、尾端形状的选择：
对于排水量小、高速的WPC，取大的收缩系数和较小的横向斜升角β
值可获得较大的虚长度和动升力，提高快速性。
对于排水量大、低速的WPC，为提高耐波性，可取较小的收缩系数和较大的β值。
3、首端形状的选择：
采用极深V形的横剖面形状，龙骨可下沉到基线以下。
WPC的水线
半进角可取为7º
~11º
。
对高速轻型WPC水线半进角可减小到6º
以下，这样可以使丰满的型线在船舯附近开始，以获得较小的方形系数。
36．影响WPC性能的主要船型参数有哪些？
并分析之。
1、片体的长度系数和长宽比。
当WPC的容积傅汝德数在2.0~3.0之间，修长系数在7.5~8.5之间时可获得较好的阻力性能。
2、横剖面的形状。
从提高耐波性的角度来考虑，WPC的片体几乎都采用尖舭深V形式，
其水面以下的横剖面的形状与单体深V船型没有什么区别。
3、艉端形状。
WPC的航速较高，而且通常在尾部安装喷水推进器，所以它的尾端必须采用方尾。
4、首端形状。
片体首端通常采用极深V形的横剖面形状，龙骨可下沉到基线以下，以增加首部横剖面的深V度或形成SSB形首。
这样可增大阻尼，避免艇首底部出水，从而减小波浪的拍击。
5、浮心纵向位置（LCB）。
由于WPC航速较高，浮心纵向位置对艇的性能将产生不可忽略的影响。
如果Fr越低，LCB的位置越靠前。
37.
WPC的快速性和耐波性特点？
快速性特点：
与单体船相比，低速时WPC的静水阻力波动现象较为明显而且阻力值比单体船型要高。
显然WPC不适合在低速时航行。
高速时，不仅静水阻力小而且波浪增阻也小，证明了WPC在风浪中具有高速航行的能力，而且航速越高越能发挥WPC的性能优势。
耐波性特点：
在低速时，WPC的运动性能与单体船相当，波浪增阻明显小于单体船。
在高速时，WPC的阻力和运动性能明显的优于圆舭和深V型船，这证明了WPC高速和高耐波性能的优势。
38．比较WPC和WPM（中央船体带SSB）的阻力和运动性能.?
（1）对于WPC，由于片体间的兴波相互干扰，船的阻力曲线上总存在有明显的阻力峰现象。
只有当间距很大时，这种不利的干扰才会减弱。
但是片体间距太大会对连接桥的强度不利Fr=0.5附近不利干扰很强，剩余阻力达到峰值。
0.7时以后剩余阻力进入有利干扰。
所以对于WPC，设计傅汝德数Fr一般应取在0.7以后，才能获得有利的阻力性能。
（2）对于WPM，试验表明在相同的排水量情况下，由于半潜体的存在使双体船的阻力峰大大消减。
穿浪三体船总阻力的减小主要是由于剩余阻力大幅度地减小，特别是在Fr=0.5附近的不利干扰得到明显改善。
虽然三体船的湿表面积有所增大，摩擦阻力也有增加，但是整个航速范围内的总阻力都有所减小。
（3）有耐波性试验数据可知，与WPC相比，WPM的某些耐波性指标有明显的提高。
特别是船体的纵摇有进一步的改善。
试验表明，中央船体上加装半潜体能够改变船体摇荡和首尾升沉加速度峰值的相位及幅值，相位向高频方向移动而幅值有所降低。
说明WPM耐波性的综合水平较优，而且阻力性能也比WPC好得多。
WPM在波浪中航速越高，耐波性越好。
39．高速三体船的船型特点？
三体船的修长系数要比单体船大得多，由于中央船体的水线面相当瘦长，所以横稳心半径要减少一半以上。
因此三体船的两个侧船体的主要功能是用来增加横稳性的。
三体船的长宽比约为14：
1，这对于降低兴波阻力是特别有效的，而且船体的湿表面积增加不多，因此
三体船的总阻力要比双体船还小，特别是高速时能有效地提高快速性。
高速三体船的其他特点是：
船长长，耐波性能和推进性能比单体船好，有较宽敞的甲板面积，可为直升机和武器装备提供理想的舯部平台。
回转与操纵性能与同类的单体船相当。
其次是造价低、经济性好，排水量可以向大型化发展。
40.
瘦长船舶概念，写出单体，双体，三体密切尔积分阻力计算公式,理解其物理含义.
船的长度和船的宽度之比很大的那些船。
公式相当麻烦，书上第七页有详细过程
41．滑行艇的艇型特点？
画出常见的滑行艇剖面形状。
一、主尺度及主要船型系数（太多具体见ppt）
1.宽度
2.尾部宽度
3.艇长
4.吃水
5.重心纵向位置
二、剖面形状
1.横剖面
2.纵剖面
3.水平面形状
三、改善滑行艇性能的措施
42．影响滑行艇性能的主要尺度及船型参数有哪些?
1、折角线宽度、艉部宽度、艇长、吃水、重心纵向位置和面积负荷系数。
2、增加宽度就相当于增大滑行面的展弦比，可以提高滑行效率。
如果随着艇宽的增加，重心位置允许相应后移，以保持冲角出于有利状态，则增加宽度可以提高滑行效率。
反之，如果重心位置固定，宽度增加的同时浸湿长度几乎不变，则由于浸湿面积增加使摩擦阻力增加，而相应的纵倾角减小使剩余阻力减小。
所以在确定重心位置时需要与重心位置相配合。
从提高滑行效率出发，应尽可能达到或接近有利宽度。
所以说宽度是影响性能的重要参数。
3、与排水船不同，滑行艇的重心纵向位置时十分重要的参数，它对滑行艇性能有很大影响。
从减小阻力出发，重心后移是有利的，因为它对应较大的有利宽度，而使滑行效率提高。
但是对避免海豚运动和冲击加速度都会带来不利的影响，须要很好的加以协调。
过于偏前的重心位置，往往会使设计航速时的纵倾偏小，阻力增大，但是使起滑时的纵倾和阻力都降
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