船舶航行阻力是指船舶航行时,作用于船体上阻止船舶运动的力,可以分为基本阻力和附加阻力两类。基本阻力按物理性质可分为兴波阻力,涡流阻力和摩擦阻力;附加阻力包括空气阻力、汹涛阻力、附体阻力和污底阻力。本期我们就来一起探索基本阻力相关知识。
1.兴波阻力wave making resistance
定义:兴波阻力是指船舶航行时兴起的重力波引起的阻力。
Wave making resistance refers to the resistance caused by the rise of gravity waves in navigation.
产生原因:船舶在水面上运动时会扰动周围的水从而使船体周围的流体压力分布发生变化,兴起波浪。这种由于船体兴波导致的船体前后压力分布不对称而产生的船舶运动方向上的压差力称为兴波阻力。
减小方法:在船舶设计时可以采用球鼻首,即把船着水线以下做成球鼻状的流线型,利用球状部分所形成的低压,降低首波的高度,从而减小兴波阻力。球鼻首是一种既经济又有效的提高船速的方法。另外,在一定的航速下,适当选择船的长度,可以减少兴波阻力。
2.涡流阻力eddy making resistance
定义:涡流阻力是指船舶在水中行驶的时候,在船尾产生的涡流形成的阻力。
Eddy making resistance refers to the resistance formed by eddy currents at the stern in navigation.
产生原因:如下图所示,在理想流体中,假设A点远处水质点的速度V=V0,接近A点V逐渐变小;到达A点V=0,过A点分流向后V逐渐增大;到达C点,V达到最大值V理,过C点V逐渐变小,到达B点V=0支流汇合,离开B点V逐渐增大恢复为V0。作用在前后体上的合力相等,阻力为零。
而实际流体有黏性,当水质点到达C点,V达到最大值V实<V理,由于动能较小,到达D点V=0,过D点在压力差的作用下水质点回流,形成许多不稳定的旋涡并与水流一起被冲向船后方。旋涡的产生使船尾部压力降低,从而使船体沿船长方向的压力分布发生变化,即加大了船首尾压力差,产生了阻力。
减小方法:船体弯曲度较大部分就容易产生涡流,尤其是尾部横剖面急剧收缩的船舶所引起的涡流阻力较为严重,而流线型船体就不产生涡流阻力或只产生极小的涡流阻力。所以,在船舶设计时为了减少船舶涡旋阻力,应改善水下船体的线型。
3.黏压阻力 frictional resistance
定义:黏压阻力是船在水中向前运动时,周边的水沿着船体表面轮廓向运动的反方向流动时所产生的阻力。
The resistance is generated because the surrounding water flows along the contour of the hull surface in the opposite direction of movement in navigation.
产生原因:由于流体的粘性,在船体湿表面周围会产生边界层;边界层的厚度随着船体的长度增长而增长,边界层中的能量由船舶供给,这样船舶就产生了摩擦阻力。
减小方法:摩擦阻力可以通过涂覆特殊涂料、减小海面水流对船体的阻力而减小;这种做法还能够有效地防止海洋生物附着,减少船舶生物附着引起的阻力。采用空气润滑技术,在船底和海面之间构造空气膜也可以减小摩擦力。
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