与其他船舶一样，油船水动力性能主要包括快速性、操纵性、耐波性。针对油船的总体特性，水动力性能有不同的要求，需要采取一些特殊的措施。
（一）快速性要求及相关措施
船舶在水面航行时，受到空气和水对船体的作用力。其中，与船体运动方向相反的流体作用力以及风的阻力均称为船舶阻力。船舶依靠螺旋桨或其他推进器推动，它对船的作用力称为推力。如何降低船舶阻力？如何提高船舶的推进效率？对肥大型油船而言，这是两个重要研究方向。其目的是提高营运经济性，降低主机的油耗。一般油船是浅吃水、肥大型的船舶。浅吃水是个相对的概念，系指船宽（B）与吃水（T）的比值（B/T）较大；肥大型亦指方形系数较大，方形系数是排水体积（Δ）与船宽（B）、吃水（T）、水线长度（L WL）的比值，油船的方形系数一般为 0.8左右。各种名称的定义如图2-22所示。
图2-22 各种名称的定义
这种类型船舶的水阻力相对大。当航速超过经济航速时，阻力会快速增加，所以油船的航速并非越快越好。经济航速往往是船舶所有人根据营运市场情况确定的。在目前温室气体减排和降低燃油成本的背景下，新设计船的航速有下降的趋势。目前大型油船设计航速约14.5节。
水动力性能是油船能耗的关键，水动力性能优化主要集中于以下几个方面：
1.线型优化
线型优化的方法主要有计算流体动力学（computer fluid dynamics，CFD）技术与船模试验。目前的线型开发基本上都是首先进行CFD优化和优选，然后进行船模试验验证。
传统油船船首基本都是采用球鼻艏形式，以降低船舶的兴波阻力。近年来随着设计航速的降低，新的直立船首形式在部分船型上得到了应用。直立船首主要应用于傅汝德数（Fr）小于0.16的船型，这时兴波阻力占比很小。直立船首比球鼻艏减少了艏部线型的凹凸，减少了艏部的压阻力，拉长了水线长度而减小了水线进流角，横剖面上仍保留了球艏的部分特征。直立船首在其他吃水以及更低航速下的表现也优于球鼻艏，在风浪中的失速性能也会更优。图2-23、图2-24分别为设置球鼻艏的29.7万吨超大型油船和采用直立式船首的31.8万吨超大型油船。
图2-23 设置球鼻艏的29.7万吨超大型油船
图2-24 采用直立船首的31.8万吨超大型油船
油船艉部都是采用球艉形式。以往的油船由于方形系数较大，为了改善伴流均匀性，采用较大的球艉。新设计油船从节能角度出发，方形系数较小，艉部的进流情况改善较明显，因此从阻力角度看球艉较小，艉部纵剖线尽量平直以减少凹凸和黏压阻力，同时可减少推力减额。图2-25为一艘31.8万吨超大型油船的艉部。
图2-25 一艘31.8万吨超大型油船的艉部
2.节能装置
艉部节能装置对于肥大型船通常有较好的节能效果。艉部节能装置根据安装位置主要分为桨前、桨中和桨后。
桨前（Zone Ⅰ）：通过前置导管、预旋定子、预旋导管等进行预旋、整流，改善螺旋桨来流，提高推进效率。
桨中（Zone Ⅱ）：通过螺旋桨优化、毂帽鳍消除毂涡，提高螺旋桨效率。
桨后（Zone Ⅲ）：通过舵球、舵推力鳍等回收螺旋桨旋转能量。
艉部节能装置桨前、桨中和桨后区域划分如图2-26所示。
图2-26 艉部节能装置桨前、桨中和桨后区域划分
节能效果因船因桨而异。同一种节能装置在不同的线型上，或者不同的螺旋桨的前方/后方，效果均会产生差异。节能装置的优化需结合线型设计和螺旋桨设计进行，每型船的节能装置都需度身定制。总之，较差的线型及螺旋桨设计，节能装置更易取得较好的效果，反之亦然。
节能装置需要合理组合。不同的节能装置产生效果的原理不同，应注意合理的搭配。比如，舵球和毂帽鳍均是消除桨后的毂涡，则不宜同时使用。桨前如采用预旋导管，则桨后的旋转能量损失减少，用于回收该能量的舵推力鳍效果则减弱。
由于节能装置的船模试验存在尺度效应，因此实船效果与试验效果相比往往会有所不同，这也是目前节能装置试验的难点，需大量的船模试验和实船试航数据进行分析修正。
除了节能效果外，船舶所有人对节能装置的安全性也很关注，特别是桨前的装置，对强度及振动的评估是必要的。
随着线型优化的不断深入，新设计船的节能装置效果会越来越少，这是正常的现象。需要注意总的推进效率的合理性。超过合理范围的过高推进效率是不科学的。图2-27所示是一艘31.8万吨超大型油船的艉部节能装置。
图2-27 一艘31.8万吨超大型油船艉部节能装置(www.xing528.com)
3.螺旋桨优化
常规螺旋桨设计已经很成熟，不同设计方法的螺旋桨效率已不会有大的差别。新型低转速主机的应用，可以降低转速，增大螺旋桨直径，从而提高推进效率。由于油船螺旋桨的空泡问题并不严重，新设计油船螺旋桨的盘面比越来越小，以获得更高的推进效率。为了提升整体的水动力优化效率，线型、节能装置、桨、舵的一体化设计也是现在的主流趋势。图2-28所示的是超大型油船艉部的螺旋桨和舵。
（二）操纵性要求及相关措施
对油船而言，操纵性极为重要。因为油船的油舱内存放的油是汽车油箱中存放油的几万倍甚至几十万倍，一艘油船如在海上被撞破损或搁浅，货油泄漏的后果将极为严重。
通常，良好的操纵性包括：
图2-28 超大型油船艉部的螺旋桨和舵
（1）足够的航向稳定性，即不操舵时航向偏离足够小或操舵次数少且能保持航向不变的能力。与集装箱船等其他船型相比，油船的长宽比较小，对航行稳定性不利，因此油船设计时要特别关注航向稳定性。
（2）良好的应舵性能，即中小舵角（以10度、20度为考核）时船航向改变的及时性。
（3）符合要求的大舵角回转性能。
（4）应急停船性能，即改变螺旋桨推力方向使船及时降速或停止前进的能力。
某些油船还有低航速操纵性要求。例如，超大型油船满载货油时吃水超过20米，不能进港，需要在海上进行旁靠卸油作业，卸去部分货油给旁靠的相对小的油船（见图2-29）。这个作业需要两艘船以5节左右的航速旁靠平行向前航行，边航行边卸油，通常称其为船对船过驳操作。实践证明，该作业模式比锚地抛锚旁靠卸油更安全，但对船舶低航速操纵性有一定的要求。
图2-29 船对船旁靠卸油作业
对于一些特定航线的油船，如需要频繁进入长江的大型油船，操纵性的好坏直接关系到船舶的安全，成为设计重点关注的问题。提高操纵性主要有以下方法：
1.采用全悬挂舵
全悬挂舵与半悬挂舵相比，最大转舵角度可达65度，相同舵面积的操纵性更好，省去了挂舵臂。
2.提高舵面积比
在艉框限制的情况下，舵面积尽量增加，可以同时改善回转性和航向稳定性。虽然舵面积增大会引起舵机功率增加，但相比于操纵安全性，特定需求船型是值得采用的。
3.采用高效舵叶剖面
常规舵叶采用美国国家航空咨询委员会（National Advisory Committee for Aeronautics，NACA）翼型剖面，如从提高操纵性考虑，则鱼尾舵效果更好。图2-30是6.9万吨扬子型油船的高效鱼尾舵实际安装的照片。但使用鱼尾舵的阻力也很大，对舵机扭矩和航速的负面影响不能忽视。操纵性和阻力存在一定矛盾，因此需要综合考虑。
图2-30 6.9万吨扬子型油船的高效鱼尾舵实际安装的照片
4.采用侧推装置
采用侧推装置可以改善进、出港的操纵性。但航速超过5节后效果就非常有限了，因此无法改善正常航行的操纵性，同时侧推装置的开口也会增加一定的阻力，从而影响油耗，并且投资成本较高。
（三）耐波性要求及相关措施
船舶大多数情况下都在风浪中航行，因此在设计中必须考虑船在风浪中的性能。油船的耐波性与其主尺度、肥大程度有关。对耐波性来讲，船越长越有利。但为了追求经济效益，油船往往取较短的船长及较大的方形系数，这对耐波性是不利的。
那么，如何改善耐波性呢？耐波性的改善可以采取下述的两种方法：一是设置舭龙骨，既可以降低船舶运动幅值，又可以降低加速度；二是在压载水量一定的情况下，降低双层底高度，加大舷侧双壳之间的间距，提高压载状态的重心高度，降低初稳性，减少横摇加速度。
当然，如果船舶的耐波性得不到改善，通常会导致船舶遭受海浪砰击。为了减少海浪砰击造成的损害：一方面可对船体底部作特别加强。因为油船常规航运是满载出港，卸油后压载航行回港，在压载工况时船体的吃水较浅，容易出现艏底出水和砰击的现象，为此要求对船体底部进行加强。另一方面降低艏部甲板入水的概率。油船在海浪中航行，由于远处传来的涌浪，造成船体运动而甲板上浪，甲板上浪易损坏甲板机械，也可能对船员生命安全造成威胁。对于7万吨以下的中、小型油船，通常设有升高的艏楼以减少甲板上浪的现象。图2-31是设有艏楼的4万吨油船。
图2-31 设有艏楼的4万吨油船
近年来，随着船舶EEDI规范的生效，油船主机功率不断降低，会引起恶劣海况下操纵性能的降低。因此，IMO也提出了主机最小安全功率的要求，需要利用波浪增阻试验来进行评估。人们对于油船的波浪增阻性能也更加重视，在这方面直立型船首与传统球鼻艏相比具有一定的优势。
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