船舶阻力课后题答案

五、计算题（每小题 10 分，共 20 分）

1. 已知某内河船船模长4m，湿面积4.6m2，缩尺比α=36，在试验水池中速度为1.8m/s时测得总阻力为3.6kgf，求：实船相应航速、总阻力、有效马力（摩擦阻力按1957ITTC公式；不考虑粗糙度补贴，ν=1.3064*10-6m2/s，ρ=999.63kg/m）

解：傅如德换算关系：Rts=Rfs+（Rtm-Rfm）α3 Vs=α0.5Vm=6*1.8=10.8m/s Ss=Sm*α2=4.6*36*36=5961.6 Re=VL/v Res=VsLs/v=10.8*100*10-6/1.3064=8.267*108 Rem=VmLm/v=1.8*4*10-6/1.3064=5.511*106 Cfs=0.075/（lgRe-2）2 = 0.001567

2

Cfm=0.075/（lg

第一章 总论

1.什么是“船舶快速性”？船舶快速性研究的主要内容有哪些？

2.为什么船舶快速性问题，通常分成“船舶阻力”和“船舶推进”两部分来研究？ 3.简述水面舰船阻力的组成，及每种阻力的成因？ 4.简述船舶阻力分类方法。

5.什么是船舶动力相似定律？研究船舶动力相似定律有何意义？

6.在什么条件下，任意2条形似船，只要它们的Re和Fr相等，则它们有相同的总阻力系数？ 7.已知某远洋货轮的水线长152m，设计航速16.45kn，制作长为3.04m的船模，进行阻力试验。分别求满足粘性力、重力相似条件的船模速度（假定实船与船模的流体运动粘性系数相同）？

8.某舰设计水线长L=84.4m，湿面积S=728m2，航速Vs=34kn。今用α=40的船模在重力相似条件下进行阻力试验，测得水池温度t=12℃(淡水)。试求： 1）相应的船模速度Vm(m/s)?

2）此时实船及船模的雷诺数各是多少？

3）若测得该相应速度时船模的兴波阻力为Rwm=0.52kgf，试求该舰（在15℃海水）的兴波阻力Rws？

第二章 粘性阻力

1. 实际工程中是怎样处理船舶粘性阻力的？

2. 试述流体流态、雷诺数、船体湿面积对摩擦阻力的影响。 3. 船体表面边界层与平板边界层有哪

船舶阻力与推进 第二章

主要复习粘性阻力理论，要求大家掌握一个基本概念和减小粘性阻力的方法，包括减小摩擦阻力和减小粘压阻力。基本概念比如说什么是边界层？大家要知道理想流体中它的运动粘压系数是0对吧，那么它的雷诺数就是无穷大，所以呢它的边界层支撑厚度也是0。在这样一些极端的情况下要知道。雷诺数的定义，公式一定要掌握住，考试是不会给大家的，还有牛顿内摩擦定律。船体边界层与平板边界层的区别。第一个呢船体边界层外缘的流速不同，船体有一个曲面，所以呢它和平板的差别就在于各点的速度不同，速度不同压力就不同。船中的压力较低，船尾的较高，所以呢它有一个纵向的压力梯度。正因为有了压力梯度产生了摩擦倾力，还有界层内的纵向压力分布不同。然后要求大家掌握几个平板摩擦阻力公式，一共4个。第一个桑海公式，第二个柏兰特-许立汀公式，第三个休斯公式，第四个1957 ITTC公式。这四个公式有什么特点呢，基本形式是一样的，分母都包含一个雷诺数，所以在计算时首先要计算雷诺数，那么雷诺数怎么计算呢？一个是速度，一个是特征尺寸，还有一个是运动粘压系数。还要求大家掌握相当平板假定，实体船或模型船的摩擦阻力等于其同长度、同速度、同矢表面积的光滑平板摩擦阻

《船舶快速性》：上篇《船舶阻力》思考题及参考答案

第一章 绪 论

一、名词解释

兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力、雷诺定律（粘性阻力相似定律）、傅汝德定律（兴波阻力相似定律、重力相似定律）、全相似定律、形似船、相应速度、傅汝德比较定律、相当平板假定、傅汝德假定

二、问答题

1、根据船体周围流体的流动状态分析阻力的成因及分类？

（船舶在水中航行时，其周围流场产生哪些物理现象？它们与阻力有何关系？） （船舶阻力为何要划分几种不同的阻力成分，如何划分？）

2、总阻力中各阻力成分随Fr数的变化（不同航速的船）大致占总阻力的百分数是多少？ 3、在船模试验时，为什么实船与船模之间不能实现全动力相似？ 4、傅汝德比较定律是如何推导出来的？ 5、傅汝德假定的根据是什么？其有什么局限性？ 6、傅汝德换算关系式是如何推导出来的？ （在船模试验中，如何计算实船的阻力？）

第二章 粘性阻力

一、名词解释

边界层、界层边界、尺度效应（尺度作用）、普遍粗糙度、局部粗糙度、傅汝德法（二因次换算法）、三因次换算法、形状因子（形状因素）、形状系数

二、问答题

1、在计算船体摩擦阻力时，为什么要引入“相当平板”概念？ 2、船体周围的边界层与平板的有何不同？

3、影响边界层

（一）设计要求及船体主要参数

设计要求：

航速：V=14.24 kn；排水量：Δ=16694 t 船体主参数：

船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。 利用海军系数法，根据母型船主参数估算设计船体，如下：

排水量Δ 设计水线长LWL 垂线间长LPP 型宽B 型深H 设计吃水T 桨轴中心距基线ZP 方形系数CB 单位 t m m m m m m 母型船 20800 144.20 140.00 21.80 12.50 8.90 2.95 0.743 设计船 16694 134.01 130.01 20.26 11.62 8.27 2.74 0.725

（二）船舶阻力估算及有效马力预报

2.1 有效马力预报

母型船的有效功率数据如下：

航速 有效功率PEm/hp

Vm/kn 满载 压载 12 2036 1779 13 2655 2351 - 1 -

14 3406 3007 15 4368 3642 16 5533 4369 17 7017 5236

110%满2239 载 根据海军系数法对航速以及有效功率进行变换： 公式：Vm=(?m) ； P变换如下： Vm(kn) V(kn) 满载 PEm(hp) 压载

《船舶阻力》思考题与习题

第一章 总论

1）《船舶阻力》学科的研究任务与研究方法。

答：本课程着重介绍船舶航行时所受到的阻力的产生原因，各种阻力的特性，决定阻力的方法，影响阻力的因素以及减少阻力的途径等问题。

2）船舶在水中航行时，流场中会产生那些重要物理现象？它们与阻力有何关系？

3）影响船舶阻力的主要因素有那些？

4）各阻力成分及其占总阻力的比例与航速有何关系？

低速船 摩擦阻力70%~80%，粘压阻力10%以上

兴波阻力很小

高速船 兴波阻力40%~50%，摩擦阻力50%

粘压阻力5%

5）物体在理想流体无界域中运动时有无阻力？

应该注意的是压阻力中包含有粘压阻力和兴波阻力两类不同性质的力。兴波阻力既使在理想流体中仍然存在，而摩擦阻力和粘压阻力两者都是由于水的粘性而产生的，在理想流体中并不存在。

6）何谓二物理系统的动力相似？

7）何谓傅汝德（Froude）相似律？

8）何谓雷诺（Reynolds）相似律？

9) 船模试验中能否实现“全相似”？为什么？

10）何谓“相应速度”（又称“相当速度”）？

相应速度（模型）

11）某海船航速L 100.0(m)，B 14.0(m),T 5.0(m), 4200.0(m3)，湿面积s=5.90(m2)，V=17.0(kt

基于CFD的船舶阻力计算与预报研究

船舶阻力是影响船舶快速性的重要内容之一。阻力性能良好的船舶

可以提高运输效率，节约能源，也直接关系到船舶的经济性能。船舶阻

力性能评估是船型优化的重要依据，阻力的预报方法也一直是船舶工程

届永恒的研究主题之一，因此船舶阻力计算和预报研究同时具有重要的

学术意义和工程实用价值。

本文系统地回顾和总结了船舶阻力理论计算的发展历程和研究进

展，详细介绍了当前国内外船舶CFD的发展趋势和阻力预报方法，采用

CFD理论计算手段，基于层流、湍流等理论对航行船体的阻力进行了计

算和试验验证，对理论计算中获得的船体压阻力、黏性阻力进行了剥离、

分析，与模型试验中获得的剩余阻力等各成分进行了比较和分析，对船

体壁面粗糙度对阻力影响进行了探讨，提出基于CFD理论的实船阻力预

报方法。

本文创新性地采用了压阻力、黏性摩擦阻力的剥离、分析的方法进

行船舶阻力预报研究。研究表明：模型尺度下采用湍流黏性理论模拟计

算可以获得与模型试验结果相比相当不错的结果，但模拟计算比较耗时；

基于层流黏性理论模拟计算得到的船体黏性阻力不够准确，但计算模拟

的时间较短，能捕捉到准确的自由面形状；对模型尺度与实船尺度的渔

政船在黏性流计算中的压阻力系数进行比较讨论可知，两者相差不大；

高航

基于CFD的船舶阻力计算与预报研究

船舶阻力是影响船舶快速性的重要内容之一。阻力性能良好的船舶

可以提高运输效率，节约能源，也直接关系到船舶的经济性能。船舶阻

力性能评估是船型优化的重要依据，阻力的预报方法也一直是船舶工程

届永恒的研究主题之一，因此船舶阻力计算和预报研究同时具有重要的

学术意义和工程实用价值。

本文系统地回顾和总结了船舶阻力理论计算的发展历程和研究进

展，详细介绍了当前国内外船舶CFD的发展趋势和阻力预报方法，采用

CFD理论计算手段，基于层流、湍流等理论对航行船体的阻力进行了计

算和试验验证，对理论计算中获得的船体压阻力、黏性阻力进行了剥离、

分析，与模型试验中获得的剩余阻力等各成分进行了比较和分析，对船

体壁面粗糙度对阻力影响进行了探讨，提出基于CFD理论的实船阻力预

报方法。

本文创新性地采用了压阻力、黏性摩擦阻力的剥离、分析的方法进

行船舶阻力预报研究。研究表明：模型尺度下采用湍流黏性理论模拟计

算可以获得与模型试验结果相比相当不错的结果，但模拟计算比较耗时；

基于层流黏性理论模拟计算得到的船体黏性阻力不够准确，但计算模拟

的时间较短，能捕捉到准确的自由面形状；对模型尺度与实船尺度的渔

政船在黏性流计算中的压阻力系数进行比较讨论可知，两者相差不大；

高航

第1章 电与磁

1-1、铁磁材料具有哪三种性质？

答：铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”等三种性质。

1-2、为什么通电线圈套在铁心上，它所产生的磁通会显著增加？

答：通电线圈未套在铁心上时， 其产生的磁通所经过的磁路主要是空气隙，磁阻很大，因此磁通一般较小。当通电线圈套在铁心上时，磁通所经过的磁路有很大的一段是由铁磁材料组成的，磁路的磁阻显著下降，所以它所产生的磁通会显著增加。

1-3、铁磁材料在交变磁化时，为什么会产生磁滞和涡流损耗？直流电磁铁的铁心为什么是由

整块铸铁制成的？

答：①由于铁磁材料有磁滞和剩磁的性质，需要一定的外界提供一定的能量来克服磁滞和剩磁的作用实现交变磁化，因此交变磁化时会产生磁滞损耗。交变磁化的磁通将在铁心中感应电动势，而由于铁磁材料本身具有一定的导电能力，感应的电动势将在铁心中形成涡流（以铁心中心轴线为圆心的同心环形电流），涡流在导体上产生的损耗就是涡流损耗。②直流电磁铁产生的磁通是大小和方向都恒定不变的直流磁通，直流磁通不会产生涡流损耗，因此没有必要象交流电磁铁那样采用硅钢片制造，为了使制造工艺简化，直流电磁铁的铁心就常常采用整块铸铁制成。

1-4、标出图1-23中通电导体A、B和C所受电磁力的方向。

答：参

第一章 复习思

考题

1．船舶静力学研究哪些内容？

2．在船舶静力学计算中，坐标系统是怎样选取的？ 3．作图说明船体的主尺度是怎样定义的？其尺度比的主要物理意义如何？

4．作图说明船形系数是怎样定义的？其物理意义如何？试举一例说明其间的关系。

5．对船体近似计算方法有何要求？试说明船舶静力学计算中常用的近似计算法有哪几种？其基本原理、适用范围以及它们的优缺点。

复习思考题

6．提高数值积分精确度的办法有哪些？并作图说明梯形法、辛浦生法对曲线端点曲率变化较大时如何处理？以求面积为例，写出其数值积分公式。

7．分别写出按梯形法，辛浦拉法计算水线面面积的积分公式，以及它们的数值积分公式和表格计算方法。 (5,8,-1) 法、(3,10,-1)法的适用范围。

8．写出计算水线面面积的漂心位置和水线面面积对x 轴y轴的惯性矩的积分公式。并应用求面积的原理写出其数值积分公式和表格计算方法。

复习思考题

9．如何应用乞贝雪夫法？试以九个乞贝雪夫坐标，写出求船舶排水体积的具体步骤。

10．说明积分曲线、重积分曲线与原曲线的关系．并以水线面面积曲线为例说明积分曲线、重积分曲线的应用。

Exercise 1