海洋工程基础 第六章.pptVIP

海洋工程基础第六章 浮体和潜体的水动力性能 一.术语 术语：术语（terminology）是在特定学科领域用来表示概念的称谓的集合，在我国又称为名词或科技名词（不同于语法学中的名词）。术语是通过语音或文字来表达或限定科学概念的约定性语言符号，是思想和认识交流的工具。它具有专业性、科学性、单义性、系统性等基本特征。 我们分析、设计的海洋结构物包括固定式、浮式和下潜式海洋系统。船舶结构系统要求船舶具有一种能帮助船舶穿越海洋的推进手段。数十年来，船舶的设计分析，一直是由造船工程师完成的。海军在全世界的海洋中驾驶着军舰和其他带推进装置的船艇。与船舶设计有关的术语与陆上建筑物在传统设计中所使用的术语完全不同。其中某些术语也用于海洋工程。 表6-1 船舶术语 表6-2 船舶工程和海洋工程中使用的术语符号 二.船体几何形状 船体几何形状的基本图形表示方法是型线图。型线图是船舶设计、计算和建造的重要依据，因而是关系到船舶全局的一张图纸。一张型线图包括横剖线图，纵剖线图和半宽水线图。 船舶主尺度 总长[LOA] ：自船首最前端至船尾最后端的水平距离. 垂线间长[Lpp]：首垂线FP与尾垂线AP之间的水平距离。一般情况下，如无特别说明，习惯上所说的船长 常指垂线间长。 设计水线长[LWL]：设计水线在首柱前缘和 尾柱后缘之间的水平距离。 船舶主尺度 型宽[B]：指船体两侧型表面（不包括船体外板厚度）之间垂直于中线面的水平距离。 型深[D]：在上甲板边线最低点处，自龙骨上表面（即基线）至上甲板边线的垂直距离。 吃水[d]：基线至设计水线的垂直距离，有些船，设计的首位尾常吃水不同，则有首吃水、尾吃水及平均吃水。 三.水静力学和稳性 浮体和潜体的水静力学特性，是根据阿基米德定律来确定的。阿基米德定律指出：一个浸没于液体中的物体所受到的浮力等于该物体所排开的液体的重量。因而，船舶的重力向下（正比于船舶的重量）；而船舶所受到的浮力方向向上（正比于船舶所排开的液体的质量），与重力平衡。 静稳性 潜体和浮体的稳性通常分为静稳性和动稳性。 船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来平衡位置的能力，称为船舶稳性。或者说船舶稳性是船舶在外力作用消失后保持其原有位置的能力。 浮体和潜体通常都是刚体。对平衡状态而言，作用于船舶的所有力及力矩的总作用应为零。浮体的静态平衡状态是指该物体在静止的水面上处于直立（正浮）状态。这就是说，所有向下的重力的合力与所有向上的浮力的合力应大小相等，并作用在同一垂直线。 浮体与潜体的三种稳性状态 浮体与潜体的3种稳性状态分别是稳定状态、中性状态和不稳定状态 稳定状态：如果船舶受到外力或者外力矩的作用而改变浮态，当该外力或外力矩移去后，船舶仍能回复到原先的平衡状态，这时就称船舶处于稳定状态 浮体的稳心及初稳性 船的重量在倾斜前后没有变化，船的重心保持在原来的位置，故船的排水体积大小也没有变化。但由于水线位置的变化，船体水下体积形状已发生变化故浮心由原来的B点移到B1点。 稳心M：通过新的浮心B1画一条垂线，将于通过原浮心位置所画的垂线相交，这两条垂线的交点就是稳心。 由于浮心由B点移至点，此时重力W的作用点G和浮力Δ的作用点不在同一铅锤线上，因而产生了一个复原力矩MR。 潜体的稳性和稳定状态 潜体倾斜某一角度后，其重量W和重心G的位置没有变化，排水体积的形状及浮心B的位置也没有变化，因此它的稳定性完全取决于浮心B和重心G的相对位置之间的关系。 四.阻力和推进 阻 力 摩擦阻力 水为具有黏性的液体。船体与水接触，就会有一部分水黏附在船体上。当船舶航行时，船体表面与水摩擦形成摩擦阻力。 摩擦阻力的大小除与水的黏性有关外，还与船体水下湿表面积的大小、表面的光滑程度以及航速有关。 对于低速船，摩擦阻力占总阻力的比例较大。对于高速船，摩擦阻力占总阻力的比例大约为50%。 兴波阻力 水波阻力的形成可以理解为，由于船舶的运动产生波浪，使周围水对船体的压力发生了变化，这些压力在船长方面的分力的合力就是兴波阻力。兴波阻力与速度的平方成正比 从能量观点看，船体掀起的波浪具有一定的能量，这能量必然由船体供给。由于船体运动过程中不断产生波浪，也就不断耗散能量，从而形成兴波阻力。 对于低速船，兴波阻力成分较小，对于高速船兴波阻力将增加至40%~50%。 阻力 对于一艘船舶，其无因次阻力系数定义为： 阻力 对于肥钝型物体如：球体、圆柱体或与流向垂直的盘面，边界层将在物体的后部分分离，产生一个很大的伴流，从而导致巨大的压力阻力，因此压力系数CP和表面摩擦系数CF大很多。当物体是流线型时，边界处呢个在接近尾部处分离，或者根本不发生分离，这时表面摩擦阻力占主导地位。 要确定船体所受到