高速圓舭艇船體阻力計(jì)算方法

許天羽,黃 山,張歡樂

(1.斯特賴斯克萊德大學(xué),英國格拉斯哥G11XQ;2.廣船國際股份有限公司,廣州510382;3.浙江揚(yáng)帆集團(tuán)股份有限公司,浙江 舟山 316100)

1 概 述

高速圓舭艇用途廣泛,可用于小型摩托艇、交通艇、海關(guān)監(jiān)察艇等,并多見于內(nèi)河。其傅氏數(shù)范圍多在0.35～1.0之間,其下限與高速客船與漁船相銜接,上限已達(dá)到可以采用滑行艇線型的高速艇速度[1]。

2 船 型

本船為圓舭艇型,航區(qū)為B級(jí),船型參數(shù)為:總長LOA=17.0m;設(shè)計(jì)水線長LWT=16.5 m;設(shè)計(jì)水線寬BS=3.15 m;設(shè)計(jì)吃水d=0.8 m;排水體積▽=16.5 m3;中橫剖面面積AM=1.726 m2;濕面積S=45.38 m2;尾板浸面積AT=0.14 m2;浮心縱向坐標(biāo)XB=0.14 m;方形系數(shù)CB=0.397;中橫剖面系數(shù)CM=0.68。

3 裸船體阻力計(jì)算方法概述

裸船體阻力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為總阻力系數(shù);CF為摩擦阻力系數(shù);CR為剩余阻力系數(shù);ρ為淡水密度取1.0×103kg/m3;v為船舶航速,m/s。

4 圖譜法阻力計(jì)算

4.1 荷蘭水池圖譜法計(jì)算過程

摩擦阻力系數(shù)CF由1957ITTC公式CF=0.075/(lgRe-2)2可得;剩余阻力系數(shù)CR由荷蘭水池圓舭艇船模阻力圖譜經(jīng)過船模換算得,根據(jù)傅汝得假定,船模剩余阻力系數(shù)CRM與實(shí)船剩余阻力系數(shù)CR相等。船模長度LM=2.25 m,船?？s尺比λ=LWT/LM=7.33,排水量長度系數(shù)C▽=△/(0.1L)3=3.67,船模濕面積SM=S/λ2=0.844 m2。計(jì)算表如表1所示。

4.2 交大水池圖譜法計(jì)算過程

摩擦阻力系數(shù)CF由1957ITTC公式CF=0.075/(lgRe-2)2可得;剩余阻力系數(shù)CR由上海交通大學(xué)剩余阻力估算圖譜查得。長度排水量系數(shù)L/▽1/3=6.481。計(jì)算表如表2所示。

表1 荷蘭水池圖譜法計(jì)算表

表2 交大水池圖譜法計(jì)算表

4.3 圖譜法阻力曲線

圖1 高速圓舭艇兩種阻力圖譜法比較

5 金氏回歸法阻力計(jì)算

5.1 金氏回歸法阻力計(jì)算過程

金氏回歸法即中國船舶及海洋工程研究設(shè)計(jì)院研究員金平仲對(duì)111組圓舭艇阻力資料的1194個(gè)剩余阻力系數(shù)CR數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到如下回歸方程式[2]:

式中:Bi是回歸系數(shù),ai,bi,ci,di,ei,fi,gi,hi是相應(yīng)自變量的冪次,其數(shù)值表見參考文獻(xiàn)[2]。u1,……,u8為經(jīng)過變換后的自變量:

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:傅氏數(shù)Fn=v/(gLWL)1/2;排水量長度系C▽=△/(0.1L)3=3.67;水線半進(jìn)水角iE=10°。

表3 金氏回歸法阻力計(jì)算表

5.2 金氏回歸法阻力曲線

圖2 金氏回歸法阻力曲線

6 阻力計(jì)算法分析

兩種圖譜法所得的阻力曲線大致平行,尤其在航速高于30 km/h時(shí)比較接近。而在金氏回歸法得出的阻力曲線在航速大約為30 km/h左右時(shí)存在一個(gè)比較明顯的折點(diǎn),較之其余兩種算法,金氏回歸法在航速低于30 km/h時(shí)并不適用,但在航速高于30 km/h時(shí)大致位于兩種圖譜法所得的阻力曲線之間,有較好的準(zhǔn)確性,見圖3。

圖3 高速圓舭艇三種阻力計(jì)算法比較

6.1 摩擦阻力

由于1957ITTC公式計(jì)算摩擦阻力系數(shù)已得到絕大多數(shù)船舶設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可并被成熟使用,高速圓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時(shí),本文所給的高速艇剩余阻力可取兩種圖譜法所得剩余阻力值的平均值;在航速高于30 km/h時(shí),可直接使用金氏回歸法計(jì)算剩余阻力值,亦可取兩種圖譜法所得剩余阻力值的平均值。

推廣至大多數(shù)的高速圓舭艇剩余阻力估算。實(shí)船雷諾數(shù)Re低于1.21×108時(shí),剩余阻力取兩種圖譜法所得阻力值的平均值;實(shí)船雷諾數(shù)Re高于1.21×108時(shí),使用金氏回歸法直接計(jì)算剩余阻力值。

[1]譚仲楷.應(yīng)用回歸分析方法估算圓舭艇阻力[J].中國造船,1979,(4):14-28.

[2]金平仲,蘇拔英,譚仲楷,等.圓舭快艇剩余阻力系數(shù)的再回歸[J].船舶工程,1988,(6):46-53.

[3]長江船舶設(shè)計(jì)院.內(nèi)河船舶設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,1977.