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舰艇静力学及快速性-舰艇静力学与快速性

时间:2023-09-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于舰艇船体艏部波系中横波系向后传播到达船艉时,会与船体艉部波系中的横波发生相互干扰,艏部横波波长、船长对这种相互干扰的具体情况有一定影响。对舰艇兴波波系间的干扰是可以加以利用,从而设计出低兴波阻力的船型的。图8-29楔形体的兴波波系控制舰艇艏横波与艉横波的干扰对于减小舰艇的兴波阻力有重要意义。对于舰艇船型设计也可以利用兴波干扰进行船型优化,获得在关注的航速范围内能明显减小兴波阻力的优良船型。

舰艇静力学及快速性-舰艇静力学与快速性

由于舰艇船体艏部波系中横波系向后传播到达船艉时,会与船体艉部波系中的横波发生相互干扰,艏部横波波长、船长对这种相互干扰的具体情况有一定影响。

两种最极端的情况是:因为船体艉横波在艉柱处总是处于波谷,所以当艏横波传播到船体艉柱处也是波谷时(见图8-28(a)),船后合成的横波波系得到加强,合成的横波波高增大,兴波能量增强,船体的兴波阻力增大。当艏横波传播到船体艉柱处是波峰时(见图8-28(b)),那么船后合成的横波波系会削弱,合成的横波波高减小,兴波能量降低,船体的兴波阻力变小。

船体艏横波传播到船体艉部时到底是处于波峰、波谷还是其他状态,取决于艏横波波长与船长的关系。

图8-28 舰艇的兴波干扰示意图

对不同船舶兴波波形的观测分析表明,船体艏波系横波第一个波峰与船体艉波系横波第一个波峰之间的距离可表示为mL,这个距离mL称为兴波长度,其表达式为

式中 Cp——船体纵向棱形系数。

显然,当艏波系横波传播mL的距离至船艉时恰好是波峰状态,则其与艉波系横波的波峰相遇时,合成波系波峰加强,兴波阻力增大。在这种情况下兴波长度mL为兴波波长的整数倍,即

此时

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若艏波系横波传播mL的距离至船艉时恰好是波谷状态,则其与艉波系横波的波峰相遇时呈现峰谷减弱的合成波系,兴波阻力降低。在这种情况下兴波长度mL为兴波半波长的整数倍,即

此时

前面已经说明,对于一定的舰艇,艏横波波长会随着航速的增加而增大。当某一航速对应的波长与船长满足表达式(8-54)时,船体的兴波阻力系数会减小,而当某一航速对应的波长与船长满足表达式(8-52)时,船体的兴波阻力系数会增大,所以兴波阻力系数随弗劳德数变化的曲线会呈现出峰谷间隔出现的状态。

当弗劳德数大于0.5时,艏横波波长已经很大,船体长度容纳不下一个艏横波波长,因此不再存在峰峰相遇的情况,且速度越大、波长越大,整个船体都不会落入艏横波的谷区,所以兴波阻力系数会随着弗劳德数的增大而持续减小。

对舰艇兴波波系间的干扰是可以加以利用,从而设计出低兴波阻力的船型的。在1930年至1931年间,威格利(Wigley)研究了一个楔形体的兴波波系,基于压力扰动的特殊性,得到了四组波系,如图8-29所示。

图8-29 楔形体的兴波波系

控制舰艇艏横波与艉横波的干扰对于减小舰艇的兴波阻力有重要意义。对于舰艇船型设计也可以利用兴波干扰进行船型优化,获得在关注的航速范围内能明显减小兴波阻力的优良船型。

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