3.1 快速性_中国木帆船-QQ阅读女生短篇网

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3.1　快速性

船舶快速性是指船舶在一定的推力作用下在静水中直线航行速度的性能。船舶在航行时会发生阻挡它前行的外力——船舶阻力。为确保船舶能以预定速度持续航行，根据力的平衡条件，船舶必须具有一个使船舶前行的推动力——船舶推力，其大小与船舶阻力相等，方向与船舶阻力相反，所以，船舶的快速性包括船舶阻力和船舶推力两部分。

3.1.1　船舶阻力

航行船舶的阻力构成如图3-1所示。

图3-1　船舶阻力构成

1）摩擦阻力

水是黏性流体，当船在静水中航行时，在浸水船体的周围附有薄薄一层水，随船向前流动。图3-2给出了此薄层的大致范围，外边的一条曲线为薄层的边界，人们常称该薄层为边界层。在边界层边界以外，水是静止不动的。不同位置处的边界层厚度δ是不同的。

在边界层内，由于流体有黏性及流体质点之间有相对运动，使得流体内产生切应力制止船前进，它属于船的阻力——摩擦阻力。

简单地说，摩擦阻力是边界层内黏性流体在其质点之间相对运动时所产生的阻力。影响摩擦阻力的船型因素主要是船长和船体浸水面积。

图3-2　船体边界层示意图

2）形状阻力

在边界层内，水沿纵向由前向后流动时，其速度是变化的，在船首端点处为零，往后逐渐增大，到达船的最大剖面处为最大值，此后，又逐渐下降。这样的速度变化将边界层划分成两个区域，一个是最大剖面之前的增速区，另一个是最大剖面之后的减速区，或者说，前部是减压区，后部是增压区。当水质点经过最大剖面进入后部增压区时，一直受黏性影响，速度已经降低的水质点，又要遭受到后部压力大于前部压力的压力差阻挡，速度迅速下降，在到达船体尾部之前某一点处，就不能继续流动，速度降为零。过了该点之后，在压力差作用下使流体往回流，并迫使边界层向外移，产生“界层分离”，该点为界层分离点。出现“界层分离”后，在船后部形成许多不稳定的漩涡，随着水流一起冲向后方。漩涡的产生使尾部压力下降，造成首端压力高于尾端的压力，便产生船的阻力。

因为，船体后端形状的收缩快慢与所产生的阻力大小相关，例如，船体后端形状的收缩愈缓和，“界层分离”点则愈向后，“界层分离”区域愈小，产生的漩涡愈弱，尾部压力降低愈少，产生的阻力愈小，因此将这种边界层内黏性流体在船体表面曲度突变处水流压力骤降而导致船体表面压力分布状况改变所产生的阻力称为形状阻力，又称为漩涡阻力。

形状阻力与长宽比、去流段形状、尾部水流离开设计水线的夹角——去流角等船型因素有着密切的关系，如图3-3所示，位于船体中部且沿其纵向各点的设计水线以下横剖面面积完全相同的船体段称为平行中体，在其后的船体段称为去流段，其前的船体段称为进流段。

图3-3　设计水线面以下船体图

3）兴波阻力

船在静水中运动时，引起船周围压力的变化，首尾两端处变为高压力区，最大横剖面处变为低压力区，前部变为压力由船首向船中逐渐减弱的减压区，后部变为压力由船中向船尾逐渐增强的增压区，使船周围的水质点按压力的变化规律进行上下运动，形成波浪，如图3-4所示。

图3-4　船行波浪示意图

兴波阻力是船舶航行时，船体表面压力的变化引起波浪所消耗的能量。兴波阻力受船型影响的因素主要是棱形系数、平行中体长度、前后体长度、前方来流进入设计水线的夹角——进流角。

4）附体阻力

由上述可知，摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力都是船体裸体在运动中所产生的阻力，因此，造船界将摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力三者合在一起的阻力称为船体裸体阻力。

这里提到的船体裸体系指未安装附属体船体的水线以下裸体船。

航行船舶都装上了附属体，如舵、舭龙骨、人字架或轴包架等，当然，对非机动的木帆船而言，就不存在人字架或轴包架等附体了，但是披水板、插板等也是附属体，同样存在附体阻力。

5）空气阻力

一般说来，民用船舶的上层建筑比较发达，客船的上层建筑尤为丰满，因此，船航行时，船体水线以上部分在空气中运动必将产生空气阻力，它与上层建筑的形状和大小等有关。无风时，由于船体本身运动而产生的空气阻力是很小的，大约为船体裸体阻力的2%~4%。

6）汹涛阻力

船在风浪中航行，必然发生颠簸运动。汹涛阻力是船在风浪中摇摆、上浪及受波浪打击等引起的能量损失。它与船体的尺度、型线、重量分布、抵抗摇摆性能等有关。

汹涛阻力不小，约为静水航行时总阻力的15%~30%。

至于船舶阻力与船型的相关性，应该注意到：

（1）讨论船舶航速的大小时应用速长比（即相对值）表示，

其中：v——船舶速度，节（kn）。1节＝1海里／每小时，1海里＝1.852公里。

L——船舶设计水线长度，米（m）。速长比越大表示船舶速度越高。

图3-5　排水型船典型阻力特性曲线图

（2）形状阻力和兴波阻力合称为剩余阻力，它占总阻力的比重随航速的提高而急剧地提高，所以高速船的形状阻力和兴波阻力是主要的，摩擦阻力是次要的，反之，低速船的摩擦阻力是主要的，如图3-5所示，横坐标为速长比，竖坐标为单位排水量的总阻力R/Δ。在低速船中摩擦阻力占船体阻力的80%以上，而高速船中摩擦阻力占船体阻力的60%左右，甚至更低一些。中国木帆船的航速基本上属于低中速，所以不需要过度地从船型上来追求航速的提高。