高速圆舭艇船体阻力计算方法

许天羽,黄 山,张欢乐

(1.斯特赖斯克莱德大学,英国格拉斯哥G11XQ;2.广船国际股份有限公司,广州510382;3.浙江扬帆集团股份有限公司,浙江 舟山 316100)

1 概 述

高速圆舭艇用途广泛,可用于小型摩托艇、交通艇、海关监察艇等,并多见于内河。其傅氏数范围多在0.35～1.0之间,其下限与高速客船与渔船相衔接,上限已达到可以采用滑行艇线型的高速艇速度[1]。

2 船 型

本船为圆舭艇型,航区为B级,船型参数为:总长LOA=17.0m;设计水线长LWT=16.5 m;设计水线宽BS=3.15 m;设计吃水d=0.8 m;排水体积▽=16.5 m3;中横剖面面积AM=1.726 m2;湿面积S=45.38 m2;尾板浸面积AT=0.14 m2;浮心纵向坐标XB=0.14 m;方形系数CB=0.397;中横剖面系数CM=0.68。

3 裸船体阻力计算方法概述

裸船体阻力RT=摩擦阻力RF+剩余阻力RR=0.5CT◦ρ◦S◦v2=0.5(CF+CR)ρ◦S◦v2, 其中 CT为总阻力系数;CF为摩擦阻力系数;CR为剩余阻力系数;ρ为淡水密度取1.0×103kg/m3;v为船舶航速,m/s。

4 图谱法阻力计算

4.1 荷兰水池图谱法计算过程

摩擦阻力系数CF由1957ITTC公式CF=0.075/(lgRe-2)2可得;剩余阻力系数CR由荷兰水池圆舭艇船模阻力图谱经过船模换算得,根据傅汝得假定,船模剩余阻力系数CRM与实船剩余阻力系数CR相等。船模长度LM=2.25 m,船模缩尺比λ=LWT/LM=7.33,排水量长度系数C▽=△/(0.1L)3=3.67,船模湿面积SM=S/λ2=0.844 m2。计算表如表1所示。

4.2 交大水池图谱法计算过程

摩擦阻力系数CF由1957ITTC公式CF=0.075/(lgRe-2)2可得;剩余阻力系数CR由上海交通大学剩余阻力估算图谱查得。长度排水量系数L/▽1/3=6.481。计算表如表2所示。

表1 荷兰水池图谱法计算表

表2 交大水池图谱法计算表

4.3 图谱法阻力曲线

图1 高速圆舭艇两种阻力图谱法比较

5 金氏回归法阻力计算

5.1 金氏回归法阻力计算过程

金氏回归法即中国船舶及海洋工程研究设计院研究员金平仲对111组圆舭艇阻力资料的1194个剩余阻力系数CR数据进行回归分析,得到如下回归方程式[2]:

式中:Bi是回归系数,ai,bi,ci,di,ei,fi,gi,hi是相应自变量的幂次,其数值表见参考文献[2]。u1,……,u8为经过变换后的自变量:

u1=;u2=cos[(1.41CP-0.0.L/B)] ◦EXP(-0.2/);u3=;u4=AT/AM;u5=;u6=XB×100/L;u7=B/L;u8=ln(90-iE)。

式中:傅氏数Fn=v/(gLWL)1/2;排水量长度系C▽=△/(0.1L)3=3.67;水线半进水角iE=10°。

表3 金氏回归法阻力计算表

5.2 金氏回归法阻力曲线

图2 金氏回归法阻力曲线

6 阻力计算法分析

两种图谱法所得的阻力曲线大致平行,尤其在航速高于30 km/h时比较接近。而在金氏回归法得出的阻力曲线在航速大约为30 km/h左右时存在一个比较明显的折点,较之其余两种算法,金氏回归法在航速低于30 km/h时并不适用,但在航速高于30 km/h时大致位于两种图谱法所得的阻力曲线之间,有较好的准确性,见图3。

图3 高速圆舭艇三种阻力计算法比较

6.1 摩擦阻力

由于1957ITTC公式计算摩擦阻力系数已得到绝大多数船舶设计机构的认可并被成熟使用,高速圆舭艇的摩擦阻力亦可采用。

6.2 剩余阻力

在航速低于30 km/h时,本文所给的高速艇剩余阻力可取两种图谱法所得剩余阻力值的平均值;在航速高于30 km/h时,可直接使用金氏回归法计算剩余阻力值,亦可取两种图谱法所得剩余阻力值的平均值。

推广至大多数的高速圆舭艇剩余阻力估算。实船雷诺数Re低于1.21×108时,剩余阻力取两种图谱法所得阻力值的平均值;实船雷诺数Re高于1.21×108时,使用金氏回归法直接计算剩余阻力值。

[1]谭仲楷.应用回归分析方法估算圆舭艇阻力[J].中国造船,1979,(4):14-28.

[2]金平仲,苏拔英,谭仲楷,等.圆舭快艇剩余阻力系数的再回归[J].船舶工程,1988,(6):46-53.

[3]长江船舶设计院.内河船舶设计手册[M].北京:人民交通出版社,1977.