航速对船型阻力性能的影响–舰艇静力学与快速性

1.航速对阻力性能的影响

船型对阻力性能的影响与航速密不可分。在不同航速范围内，船型参数对阻力的影响程度不同，甚至有本质上的差别。低速时阻力性能良好的船型，高速时可能阻力性能反而不佳。这主要是因为在不同航速范围内，船型变化所带来的阻力成分变化趋势不同，而影响裸船体阻力主要船型系数也是不同的。因此，在船舶设计过程中考虑参数选择的出发点不应完全相同。

对同一船型的不同设计航速也有不同的要求。对军舰而言，航速有巡航速度和最大航速之分。前者是在平均海面情况下能保持经济性的航速，后者是舰艇使用全部功率所能达到的最大速度。巡航速度与最大速度往往相差较大，对船型的要求存在矛盾，应在船型设计中充分考虑。

2.船舶分类及其主要阻力成分

在讨论船型对阻力的影响之前，还有必要了解船舶的分类，因为不同类型船舶的阻力成因各异，甚至有本质差别，这就造成了不同类船舶船型设计的侧重点不同。排水型船通常可以按照弗劳德数Fr分为低速船（Fr＜0.18）、中速船（0.18≤Fr＜0.30）和高速船（Fr≥0.30）。常见的民用船舶大多属于中、低速船，军舰属于高速船。(www.xing528.com)

低速船的航速较低，由阻力随航速变化规律可知，此时兴波阻力较小，舰艇裸船体阻力中摩擦阻力和黏压阻力占主要部分。因此，低速船船型设计重点在于减小摩擦阻力和黏压阻力。在相同排水量和相同速度下，摩擦阻力主要由船体湿表面积决定，相对肥短的船型可以获得更小的船体湿表面积，从而可减小摩擦阻力。值得注意的是，粗短的船型容易产生旋涡，因此必须注意采取船体去流段设计，以防止黏压阻力增大。

中速船的航速较低速船有所增加，兴波阻力成分相应有所增大且不可忽视。因此，在中速船型设计中既要注意减小兴波阻力，又要防止其他阻力成分的增长。一方面要恰当地选择船型参数以造成艏、艉波系的有利干扰；另一方面船型应适当地趋于瘦削，以避免产生大量旋涡，减小黏压阻力。

高速船的兴波阻力占裸船体阻力的主要部分，有时可达50%以上。为此，设计中应当力求减小兴波阻力。通常高速船兴波波长较大，艏、艉波系在船艉产生有利干扰的可能性较小，所以设计时需要减小艏、艉波系的波高。高速船通常都比较瘦长，目的在于尽可能减小兴波阻力。

综上所述，通过船型改变阻力的原理主要是根据不同航速区间的阻力成因，选择可使在该航速区间内起主要作用（占比大）的阻力成分有效降低的船型。