船的稳性和航行阻力的认识发展

1870年，科尔斯设计的装甲战舰船长（Captain）号在西班牙以北的比斯开（Biscay）湾试航时，在中等强度的风浪中，3分钟内倾覆，全舰人员仅18人生还。该舰长97.5米，宽16.2米，深7米，但干舷仅为2米。科尔斯认为干舷小，对敌目标也小。但这却是该舰致命的缺点，即稳性不足。该舰有蒸汽机和螺旋桨推进装置，但还装备了和其他驶帆战舰一样多的帆装，更糟糕的是甲板上装有重甲的可转动的炮塔，这样船的重心更是有所提高。人们早已知道降低重心和加大船宽是提高船舶稳性的主要措施。Captain号事件发生后，造船者更知道了船的干舷对船的大倾角稳性和动稳性有多么重要。

依靠蒸汽动力推进的轮船问世以后，人们对船航行时的阻力问题更加重视，因为这不仅影响船的航行速度，更影响燃料的消耗量。19世纪上半叶，英国的约翰•斯科特•拉塞尔（John Scott Russell）和威廉•弗劳德（William Froude）等人对船航行时摩擦阻力和涡流的形成进行了很多观察和研究。1870年，弗劳德得到了英国海军的资助，在他的家乡托基（Torquay）建造了一个船模试验水池（见图2-7）。

图2-7　弗劳德和他的船模试验设备(www.xing528.com)

弗劳德把船的阻力分为摩擦阻力和剩余阻力（包括漩涡和兴波阻力）两部分，后者与船体形状有密切关系。他导出了根据船模试验结果估算船的航行阻力的方法，以便选取最佳船型。1871—1873年间，他还制作了精确的测阻力仪、为船舶稳性研究用的横摇自动记录仪和测量模型螺旋桨推力用的动力仪等重要的船模试验用仪器。此后，许多海洋国家都建设了类似的船模试验池，船舶流体力学也成为造船学的一个重要分学科。