1、高性能船舶知識概要1 緒論1.1 什么是高性能船舶？基于不同的流體動力原理，高性能船有不同的類型和船型，可以是排水量船型，還可以是流體動力船型，還可以是不同原理的混合船型。不管是哪一種船型，它們的共同點是具有高水平的綜合航海性能，以及具有完善的滿足其主要使用要求的船舶功能。這樣的船舶統稱為高性能船舶。1.2 高性能船的特點有哪些？航速高，優良的耐波性能，載運能力較大，經濟性好，優美的造型和舒適的艙室空間環境。1.3 什么是傅氏數和容積傅氏數，引入傅氏數的目的是什么？船傅氏數就是傅汝德數，傅氏數（L為船的設計水線長），容積傅氏數（為排水體積）。 引入傅氏數的目的：表達船舶相對速度。1.4 航速對

2、船舶首尾吃水的影響規律？（1）當Fr<1時，此時航速較低，流體動力所占的比重極小，船體基本上由靜浮力支持，船體的航態與靜浮時變化不大。（2）1.0<Fr<3.0時，此時隨著航速的提高，航態較靜浮狀態有明顯的變化，船首上抬較大，船尾下沉明顯，整個船體呈現明顯的尾傾現象。（3）Fr<3.0時，此時航速很高，船體吃水變化很大，而且整個船體被托起并在水面上滑行，僅有一小部分船體表面與水接觸。1.5 根據流體動支持力的大小船舶運動可分為哪幾種運動航態？根據流體動支持力的大小船舶運動可分為排水航行狀態，過渡（或半滑行）狀態和滑行狀態1.6 高性能船舶有哪幾種類型？高性能船舶主要包括

3、：小水線面雙體船，穿浪雙體船，滑行船，水翼艇，氣墊船，地效翼船，高性能排水式單體船。1.7 高性能船舶航行性能有哪幾種研究方法，這些方法的特點是什么？高性能船舶航行性能有三種研究方法：理論計算研究，模型試驗研究，實船試驗研究，特點如下：理論計算研究特點，高性能船舶是現代高科技應用和發展的產物。在每種高性能新船型開發研制工作一開始，以船舶水動力學為基礎的各種分析計算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比單體船性能研究中使用理論計算方法更好的效果。得到了廣泛應用。模型試驗研究特點，與常規船模型試驗相比，高性能船舶的模型試驗在技術上要相對復雜些；試驗測量內容比較廣泛；由高性能船本身特點所決定。實船

4、試驗研究特點：在高性能船舶發展史上，實船試驗研究均受到了特殊的重視，而且也確實對這種船的性能研究起到重大的推動作用。2 高性能排水式單體船2.1 什么是“瘦長船舶”？引入“瘦長船舶”的目的是什么？“瘦長船舶”是指船的長度L同船的寬度B之比很大的那些船，特別是高速排水式的船同瘦長船型最為接近。引入“瘦長船舶”的目的是目的是使理論計算研究大大簡化并得到解答。2.2 美國海軍艦船設計部門提出的六個耐波性品級指標是什么耐波性品級指標R與六個最有影響的水下船型參數之間的關系為：式中：CWF: 中前水線面面積系數 , CWA: 中后水線面面積系數 T/L: 船的吃水與船長比 C/L: 龍骨截止點至首垂線距

5、離與船長比 CVPF:中前豎向棱形系數CVPA:中后豎向棱形系數2.3 簡述新一代排水式高性能船的水動力設計原則新一代排水式高性能船的水動力設計原則是在不犧牲或盡可能少犧牲快速性的前提下來追求耐波性的改善。在設計中實現這個原則的最大困難往往是要平衡和協調二者對船型有不同要求的矛盾。基于理論分析和實驗研究，通過對與船舶耐波性和快速性相關連最為密切的四種船型因素的平衡利弊而做出合理的選擇，可以有效地改善半滑行的耐波性。同時隨耐波性的提高，導致船型明顯的演變，對與新一代滑行高性能船的四種船型因素變化趨勢是：（1）增大船的長度長度系數的增大對于快速性還是耐波性來說都會有好處，增大船體的瘦長比使靜水力和

6、波浪阻力都能減小。（2）船的排水容積和重量后移（3）保持適當的干舷首部較尖（水線進角較小）的艇，因儲備浮力比較小，首部干舷往往需要加大，這有利于保證避免甲板的上浪和淹濕。2.4 基于蘇聯方尾圖譜進行高速方尾圓肶型排水船舶阻力估算的步驟?（1）計算船舶傅氏數Fr,選擇相應的的基準剩余阻力圖譜；（2）利用選出的圖譜曲線依據棱形系數和長度系數查出基準船的剩余阻力系數Cro;（3）計算船型參數：尾板處的水線相對寬度b/B，寬吃水比B/T,尾封板底部橫向斜升角；為任意值時剩余阻力修正系數（4）計算設計船的剩余阻力系數： （5）根據柏蘭特-許立汀公式計算摩擦阻力系數：其中： （6）利用，查曲線確定船體時面

7、積（7）計算船體總阻力系數其中：（8）計算總阻力：2.5 利用NPL系列圖譜計算船舶剩余阻力的方法?（1）根據長寬比L/B選擇相應的圖譜曲線；（2）計算排水量長度系數和容積傅氏數，然后查圖譜曲線得到（3）確定長度系數和棱形系數的修正系數、（4）設計船的單位排水量剩余阻力 2.6 應用回歸分析方法估算過渡型快艇阻力的方法?（1）根據排水體積、船長L、船寬B、半進水角、尾板面積At、中橫剖面面積Am，計算阻力表達式參數（2）利用公式其中Ai是阻力方程式的各項系數和阻力估算式中a的回歸系數計算出不同對應的（3）根據排水量和水溫條件，利用公式計算出任意船的每噸排水量阻力其中：為對應于所要計算情況下的摩

8、擦阻力系數，S為濕表面積、由系列船模的靜浮狀態分析可近似表示為：Cf標 是在標準條件下按桑海公式計算的摩擦阻力系數。3 普通高速雙體船3.1 什么是普通雙體船普通雙體船用于區分小水線面雙體船。普通雙體船是由兩個對稱的，具有相同線型且平行布置的水下部分（稱為片體）所組，兩個片體的 成。兩個片體在水面以上用連接橋牢固地連接在一起。片體的水線長為L ，兩個片體的縱中剖面的距離為2Co,兩片體舯橫剖面在設計水線處之內側間距為C。因此雙體船的距離為Bo。設計水線總寬體的大于兩倍的片體設計水線寬度B 型深為D，設計吃為T，片體的方形系數為Co。由于船側不一定為直舷，甲板寬Bd 可能會大于雙體船設計水線總寬

9、Bo。連設計水線總寬接橋的底部距水面有一定的高度，用特殊形狀的外板來封底，航行時外板與水接觸而產生流體動力效應。3.2 與單體船相比，雙體船有哪些優點？（1）雙體船最突出的優點是有良好的居住條件和特別寬敞的甲板面積，因而雙體船與達到同樣要求的單體船相比能夠降低自重和造價；（2）雙體船的穩性特別好，在靜水中的橫搖衰減快，致使在不規則波上的搖擺消失得快；（3）由于兩個螺旋槳軸線和片體間距都比較大，因此雙體船有良好的操縱性和機動性；（4）兩個推進器的雙體船比一般常規雙槳單體排水量船有較優的推進性能，因為雙體船的螺旋槳置于每個片體的縱中剖面上，其工況如同單體船一樣，處在船體伴流之中，槳的工作效率高；（

10、5）在側向受風時，雙體船比相同受風面積的單體船橫漂要小 ；（6）因為雙體船的穩性好，所以裝卸貨物時不必嚴格按配載表進行 ；3、雙體船存在的不足有哪些？（1）雙體船片體間存在興波干擾，一般來說這將增加一種附加的干擾阻力。（2）雙體船的排水量與單體船相同時，其濕面積大為增加。此外，雙體船兩個片體之間的繞流速度顯著提高，片體間的邊界層相互影響大大增加。因此雙體船的摩擦阻力大于單體船。（3）雙體船船殼面積大， 雙體之間有連接橋， 因而同單體船比較， 在載重量相同時， 其排水量較單體船大，從而使阻力增加。3.3 雙體船存在的不足有哪些？（1）雙體船片體間存在興波干擾，一般來說這將增加一種附加的干擾阻力。

11、（2）雙體船的排水量與單體船舶相同時，其濕面積大為增加。此外，雙體船兩個片體之間的繞流速度顯著提高，片體間的邊界層相互影響大大增加。因此雙體船的摩擦阻力大于單體船。（3）雙體船船殼面積大， 雙體之間有連接橋， 因而同單體船比較， 在載重量相同時， 其排水量較單體船大，從而使阻力增加。與單體船相比，雙體船有哪些優點？3.4 分析高速雙體船附加干擾阻力的特性附加干擾阻力是由兩片體間波系的干擾和粘性流場的不對稱性所引起的，致使雙體船的總阻力曲線不同于兩個相互獨立片體的阻力曲線。單個片體的波系干擾，如同常規單體船一樣，僅發生于自身的首橫波系和尾橫波系之間。 首橫波系傳到船尾時， 與船尾橫波相迭加，若兩

12、波的位相相同，使合成橫波波幅加大，則興波阻力增加，稱為不利干擾；若兩波的位相相反，則合成波的波幅減小，興波阻力減少，稱出現峰 為有利干擾。首、 尾橫波的干擾使片體自身的剩余阻力曲線 出現峰谷現象。雙體船兩片間的波系干擾， 既發生于橫波系， 也發生于片體間的散波系。 這是與單體船所不同的，單體船自身的散波系之間是不會發生干擾現象的。雙體船中一個片體相當于一個孤立的單體船沿著一縱壁航行的情況。即相當于兩平行的片體中間存在一個虛構的側壁，這個側壁限制了兩個片體所興起波浪的擴散，兩片體的散波在此處發生交匯而產生干擾。在片體的外側， 興波情況沒有變化。3.5 什么是高速雙體船的臨界速度？對兩個并列的片體

13、研究表明Fr=0.5是區分低速雙體 對兩個并列的片體研究表明，船和高速雙體船的臨界航速Frc。對于Fr<Frc=0.5的低臨界速度區域， 雙體船在低興波狀態下航行，興波阻力雖然較小，但興波干擾現象嚴重，在剩余阻力曲線上呈 和圖 現有劇烈振蕩的峰谷點。對于Fr=Frc的臨界速度區域，雙體船興波現象最為嚴重，在興波阻力系數曲線上出現最大的峰值，。即最后一個阻力峰。當Fr>Frc=0.5，則雙體船的興波阻力隨著航速的增加而降低，此時興波阻力曲線上的微小波動主要是由于片體間的散波干擾所引起，橫波的干擾始終處于有利的狀態。3.6 影響雙體船阻力性能的主要因素有哪些？ 修長系數1/3(或排水量

14、長度系數3) 是影響阻力的最 修長系數 （或排水量長度系數最重要的因素，修長系數增大（或3越小）， 片體本身的剩余阻力減小。 影響雙體船阻力性能的另一個因素是片體間距對阻力的影響。雙體船 的興波附加 干擾阻力 與片體間距有關，片體間距決定了兩個片體間散波交匯點的位置及橫波的重合程度。片體間距越大，則散波交匯點的位置越推向船后，橫波的重合程度越小，片體間的興波干擾越小。 片體橫剖面形狀也形象船體阻力性能。試驗研究結果表明，圓舭形橫剖面阻力性能優于尖舭形橫剖面的阻力性能。3.7 高速雙體船阻力的計算方法？ 采用阿爾費里耶夫圖譜。該圖譜是按剩余阻力系數圖表來進行計算的，圖譜是根據雙體船系列模型在水池

15、中的拖曳試驗結果繪制的。 高速雙體船是指在高臨界速度區域航行的船舶。 利用圖譜依據、Fr以及（片體相對間距)查出標準剩余阻力系數 通過確定、b的影響系數經過相乘換算得到設計船的剩余阻力系數。 總阻力（）（CF+CF）V2+Rr+Rap(課本3-16)3.8 簡述船舶運動的力及作用特點？（1）恢復力（矩）類似彈簧的恢復力，水對船的恢復力（矩）其大小與搖蕩位移有關而方向恒與位移方向相反，所以恢復力（ 矩 ）代表船在靜水中作線位移 （ 或角位移 ）引起的力（ 矩 ）。（2）阻尼力（矩）在船舶搖蕩中，阻尼力（矩）的大小與搖蕩速度相關，其作用方向恒與船的搖蕩速度向量相反，阻尼力（矩）對船作 的功恒為負值

16、。 也就是說它是消耗船搖蕩能量的因素，使船搖蕩運動衰減，稱為耗散力。3.9 什么是“克雷洛夫傅汝德”假設？關于波浪擾動力，現今通常采用的方法是什么？克雷洛夫傅汝德假設認為波浪中壓力場與船的存在無關，波浪主要部分與波幅成比例。關于波浪擾動力，現今采用的方法通常是認為流體動力部分由兩部分組成，一是與波浪的振動速度成比例，另一成分與其加速度成比例。4 小水線面雙休船4.1 什么是小水線面雙體船？簡述其產生的背景小水線面雙體船（Small Water-Plane-Area Twin Hull ）,縮寫作SWATH船。小水線面雙體船的設計概念在1905年以前就被提出。后來，于1932年、1944年和19

17、67年又有一些SWATH的設計構思被提出。這些設計在低速和中速時的性能是較好的，但是都沒有解決總想穩定性這個對航行安全至關重要的問題。1971年蘭（Lang）提出了一個接近于現有小水線面雙體船的設計方案。他用一根翼型剖面的橫梁將兩個片體連接起來，并借此保證船的縱向運動穩定性。這是一種雙支柱片體方案，與后來于1973年建造的世界上第一艘SWATH“卡馬琳諾”號十分相似。20世紀60年代末期，荷蘭曾建造了一艘小水線面雙體鉆探船，其最高航速為8節。在同一時期內，瑞典和日本也對開發SWATH的工作予以關注。4.2 小水線面雙體船的主要優點有哪些？（1）在高航速時，靜水阻力性能和波浪中阻力性能好；（2）

18、 推進效率高，SWATH的推進系數一般均可達0.7以上；（3） 耐波性能好，能在惡劣的海況下平穩的航行；(4) 從使用性能來看，與常規雙體船一樣，具有寬廣的甲板面積和充裕而規整的使用空間，有利于總體布置；(5) 低速時，船的回轉性好；(6) 建造成本低，建造周期短；（7） 靜穩性好，具有較強的生存能力。4.3 小水線面雙體船的主要缺點有哪些？1. 濕面積大，摩擦阻力較大。2. 船體結構重量比相同排水量的單體船要大。3. SWATH的吃水和船寬要大于相當排水量的單體船，當船的噸位增大時，有可能受 到航道及船塢的限制。4由于要保證在較高航速時的縱向運動的穩定性，SWATH均需要安裝前后穩定鰭及 其

19、控制系統，這不但增加了船的重量和建造成本，而且也給設計工作帶來新的內容，對設計 人員素質的要求也因之而提高了。因為SWATH水線面積小，所以其每厘米吃水噸數很小，載重量的變化使吃水變化十分敏感。在設計及使用過程中，不但要對船的重量及其分布 精確控制，而且還必須設置類似潛艇所設的壓載調整補償系統。此外，破艙后的SWATH 的浮態是相當惡劣的。5. 回轉半徑較大。6. 對小型SWATH來說，由于下體橫向尺寸的限制，主機必須被安裝在連接橋兩側， 然后應用傳動裝置(如鏈傳動裝置、皮帶傳動裝置、上下直角錐齒輪Z型傳動裝置、電傳動 裝置等）將主動功率傳至裝在主體后端的螺旋槳，推動船前進。這樣的傳動裝置既復

20、雜，又 十分昂貴。對船內的布置也造成困難。中、大型船的主機可以設置在下部主體內，可免除或 減輕上述傳動方面的麻煩。7. 舾裝、輔機設備數量較多,要求高,重量大,這是由于小水線面船在性能方面的特殊 要求所致(如前后鰭控制設備、壓載補償調整系統、導航設備等)。此外，由于二套主機所要 求的輔機設備應該獨立,也使輔機設備復雜,重量增加。4.4 小水線面船主要用于哪些種類的船舶？綜合SWATH在性能、使用和造價等方面(與單體船相比較)的優缺點,可以看出,這種 船型的優勢在于其優異的耐波性、寬闊的甲板面積和充裕的使用空間；其不足之處也許是它的船體結構強度、設備復雜而重量較大，以及由此而導致的一系列問題。因

21、此，SWATH目 前主要被應用于那些噸位不大而又對耐波性要求特別高的船舶，如海洋水文調查船、客運渡 輪、平臺-岸基交通艇及軍用輔助艦艇。4.5 小水線面雙體船水動力性能特點？1.片體之間存在興波干擾，影響興波阻力。2.雙體對片體間的水流產生“阻塞效應”，增大了水流速度，引起橫向流動使水流復雜化。3.雙體船橫搖固有周期和縱搖固有周期接近易產生“螺旋”搖蕩。4.需要考慮縱向運動穩定性。5.強度方面，橫向強度是結構強度問題的首要考慮內容。4.6 與普通單體船的快速性相比SWATH船的快速性有什么特點？1.當Fr>1.2時 SWATH優當Fr<1.2時 單體船型優2.在波浪中航行時失速比常

22、規單體船小很多3.推進效率SWATH比單體船高10%-15%5 高速穿浪雙體船和多體船5.1 什么是高速穿浪雙體船？20世紀80年代初，在高速常規雙體船和小水線面雙體船的基礎上首先由澳大利亞的赫 可斯(Hercus)和克里福得(Clifford)提出的_種高性能船舶新概念,并得到迅速發展的高性 能船，即高速穿浪雙體船WPC（Wave Piercing Catamaran）。高速雙體船保留了小水線面雙體船的低阻,高耐波性及常 規雙體船甲板面積寬敞的優點，同時融會了深V船型的特點，克服了小水線面雙體船的片 體無儲備浮力、空間狹小和要求復雜的航態控制系統和傳動系統等缺點，也克服了常規雙體 船的連接橋

23、離水高度小，片體干舷高儲備浮力過大，對波浪響應敏感，船體縱搖和橫搖周期 接近，易出現"螺旋狀"搖擺而引起乘客不適等缺點。因此穿浪雙體船特有的船形構造賦予 了它具有高速,優良的耐波性,穩性好,舒適,吃水淺,甲板寬敞和回轉性能好等高水平的綜 合航海性能。同時,還具有建造工藝簡單使用成本低和技術風險小等特點。穿浪雙體船是諸 類高性能船中發展最快的一種船型。由于高性能穿浪雙體船型的這些特點，它適用作高速車 客渡船、軍用各類高性能攻擊艇和高性能隱身艇的基礎船型，有廣闊的發展前景。1998年， 澳大利亞Incat公司的霍巴特船廠建造了第一艘100米長,近萬噸級的高速穿浪雙體滾裝/ 旅客

24、渡輪Cargo Cat號,從此揭開了穿浪雙體船向大型化發展的序幕。圖5-3為澳大利亞 Incat公司設計的長120米,載重量1 200噸,最大航速60節的車客渡穿浪雙體船。穿浪雙體船(WPC:Wave Piercing Catamaran)是在小水線面雙體船和高速雙體船的基礎發展起來的一種新型高 性能,排水量型船舶。它不僅航速高而且具有較大的運載能力,二者是衡量船舶經濟性能的 重要指標。穿浪雙體船的長度傅氏數Fr在0.81.1范圍,片體容積傅氏數Fr在2.03.0之間,在這航速范圍內,船舶處于過渡航態的高速段,長度系數 = L/ 1/3是對阻力較 敏感的船型參數,在一定的范圍內,修長系數較大對

25、阻力有利,但當容積傅氏數趨于3.0左 右時,長度系數 = L/ 1/3對阻力已無顯著的影響。穿浪雙體船的設計要針對 具體航區的海情和設計速度，綜合選取片體的主要尺度和船型參數，以保證穿浪雙體船優良 的航海性能。5.2 影響WPC船性能的主要船型參數有哪些？影響WPC船性能的主要船型參數有1.片體長度導數和長寬比2.橫剖面形狀3.艉端形狀4.艏端形狀5.浮心縱向位置6.干舷與儲備浮力7.連接橋和中央船體的形狀8.片體間距5.3 什么是高速穿浪三體船？高速穿浪雙體船的片體是由兩個深V的單體船組成的，在穿浪雙體船中央船體的龍骨下方，加裝一個SSB半潛體所構成穿浪多體的船型，成為高速穿浪雙體船。6 滑

26、行艇6.1 簡述滑行艇的滑行運動原理？船舶在航行過程中受到動水力和靜水力的作用，當航速增加到一定量時，容積傅氏數Fr>3.0，船體周圍的流體壓力場急劇變化，使船體獲得足夠大的垂直向上的流體動支持力，在該力的作用下艇體大部分被抬離水面，從而減小了船舶航行于水中受到的水阻力。由于流體動支持力與挺體尺度的平方成正比，而艇重與尺度的立方成正比。因此以滑行方式提高船舶航速，長度限于4045m以下的船舶。6.2 滑行艇底部壓力分布特點？水流駐點O流體壓力最大，流速最小，A,B,C處水流與大氣接觸均等于大氣壓力P06.3 簡述利用姆雷法計算滑行艇阻力的主要步驟 按已知艇的排水量，航速VS，艇寬B和斜升

27、角,則可計算得：6由已知的CB值,查圖6-22得相應于滑行平板的動載荷系數CB0取一系列縱傾角1, 2, 3,i 并計算相應于各縱傾角時的CB0 /i 1.1再由圖6- 22得對應于i系列i值。由圖6- 21可以查得： 由于i及相應的i,已得,則有相應的濕長度濕面積均可 得到,并可計算雷諾數和摩擦阻力。 按（6- 22)式計算得各縱傾角i時的相應阻力Rti,并作曲線Rti=f3（i）,如圖 6-23所示。 按6-23)式計算得各縱傾角a,時的水壓力中心位置i=f4（i）,如圖6-23所示。由已知艇體重心距尾板距離g，i=f4（i）曲線上得到對應于水壓力中心距尾板距離為時的縱傾角g為艇在該計算航

28、速下的航行縱傾角,同時由圖得到相應的 總阻力Rtg值。6.4 什么是槽道型滑行艇，槽道的作用原理是什么？槽道型滑行艇(簡稱槽道滑行艇)如圖6-31所示,有一個首尾縱向貫通的槽道,因此在 外形上有點類似于雙體船，但它們在靜態和水動力作用方面是不同的。在滑行艇的底部有一條對稱于縱中剖面并縱向貫通的槽道，把艇底分成三個滑行面， 即槽道頂滑行面和兩個底側滑行面,如圖6-32。向艇的首部槽道寬度逐漸略帶有擴張以 形成喇叭狀的開口。槽道滑行艇高速滑行時，在沖壓的作用下空氣從艇首部槽道喇叭口處進 入,與槽道內水流相混合形成氣水混合物,航速越高,則進入的空氣量越多,越有利于形成空 氣層。由于空氣或氣水混合物的

29、密度都比水小得多，因此空氣層可以起到對槽道頂滑行面的 潤滑降阻作用，使艇的摩擦阻力大大減小。同時由于槽道側壁的端板作用，減小槽道頂滑行 面的壓力損失,使其有較高的滑行效率。此外,空氣潤滑層有一定吸收能量的作用,可緩和艇 在波浪中所受到的沖擊。由于槽道的存在,相當于增加了滑行艇底部的"深V”程度,這對減 緩滑行艇在波浪中的搖蕩和拍擊起到主要作用。因此槽道的作用使滑行艇的適航性或耐波 性以及操縱性能得到較大的改善，而且進一步提高了滑行艇高速時的阻力性能。6.5 槽道水翼滑行艇的工作原理是什么？槽道水翼滑行艇艇重的支持力主要是來自 于船體滑行面所產生的流體動升力。槽道水翼滑 行艇船型特征是

30、：一條首尾縱向貫通的槽道把滑 行艇的底部劈成W型，在槽道底部基線位置安 裝弓形剖面的首、尾水翼（見圖6-36)。槽道相 當于增加了艇體的深V度,在不犧牲滑行面升力 的情況下提高滑行艇的耐波性能。高速時槽道頂 部形成的空氣潤滑層可以減小艇的濕表面積，提 高快速性。滑行艇的尾板處安裝壓浪板，對降低 滑行艇的阻峰，提高艇的越峰能力相當有效。槽 道水翼艇的一部分水動支持力來自于槽道水翼的升力。由于槽道寬度的限制，水翼的展長及 翼面都不能很大，所以槽道水翼提供的升力有限。對艇重的支持，槽道水翼僅起輔助作用，但 對艇的航行姿態影響很大。槽道水翼的存在對艇的動、靜橫穩性和航行穩定性的影響可以不 考慮。槽道水

31、翼尺寸雖小，但它對改善槽道滑行艇的快速性能卻有明顯的效果這主要是因為 存在槽道效應，即槽道側壁的端板效應和槽道頂部的固壁效應使槽道水翼的效率較 高。固壁效應與自由表面效應不同，它使有限翼展水翼的下洗速度和誘導阻力減小，有效迎 角增大,升力增加。6.6 滑行艇縱向運動穩定條件？根據受力分析,排水式船在滿足下面的兩個平衡條件,則船的運動狀態就是穩定的：流體壓力在垂直方向的分力應等于艇的重量；流體動壓力之合力的作用點應與艇的重心在同一垂直線上。一般說來，對于普通滑行艇，只有 Frv > 5時較易發生海豚運動，而對于斷階滑行艇和槽道滑行艇也可能在較低的滑行速度 上發生海豚運動。6.7 簡介滑行艇

32、的主尺度及對性能的影響？一、主尺度及主要船型系數因為滑行艇滑行時僅底部與水接觸，所以通常以滑行艇折角線的主要尺寸作為艇的主 尺度，尤其是在討論流體動力性能時更是如此。1.寬度折角線寬度（最大寬度或平均寬度）是滑行艇主尺度中的首要因素，從流體動力性能出 發考慮，應該是寬度越大越有利。因為增加寬度相當于增大滑行面的展弦比。在理想流體中 增加展弦比可以提高滑行效率，但是在實際流體中還必須考慮粘性作用。如果隨著艇寬的增 加，重心位置允許相應后移，以保持沖角處于有利狀態，則增加寬度可以提高滑行效率。反 之，如果重心位置固定，寬度增加的同時浸濕長度幾乎不變，則由于浸濕面積增加使摩擦阻 力增加，而相應的縱傾

33、角減小使剩余阻力減小。因而存在一個有利寬度，它與有利沖角相對 應。所以在確定滑行艇寬度時,需與重心位置相配合。從提高滑行效率出發,應盡可能達到或 接近有利寬度。一般說來,重心愈靠后,對應的有利寬度愈大,相應的滑行效率也愈高。但是 必須嚴格防止出現海豚運動，因為重心愈向后，離發生海豚運動的邊界愈近。此外還需要考慮對其他航海性能的影響。由于寬度確定后，對一定排水量而言，其靜負荷系數G 也就確定了。如果艇的設計速度也是確定的，則動負荷系數CB =也就確定了。所以對確定排水量和速度的設計艇，寬度的影響亦即代表了CB或C的影響。CB或C的增加（由寬度減小引起）會使噴濺增加，使波浪中的運動響應及沖擊 加速

34、度減小。選擇寬度時須綜合考慮以上各方面的要求，實際上艇寬還受到布置上的限制及 結構重量方面等因素的制約。2.艉部寬度通常滑行艇的折角線沿縱向是變寬度的,因為從提高滑行效率出發,希望寬度集中在前駐 點線附近,那里的流體動壓力最高,所以往往最大寬度在舯前部,向后寬度逐漸減小。但是艉部 寬度的減小除了受到布置上的限制外,還受到其他航海性能要求的限制。艉部寬度減小將導致 縱傾角增大,這對波浪中的噴濺、運動響應和沖擊加速度都是不利的。因而滑行艇設計航速(包 括最大航速和巡航速）的縱傾角最好能略低于有利沖角,而不希望高于有利沖角。這就限制了 艉部折角線寬度不能太窄，目前軍用滑行艇折角線艉部寬度與最大寬度之

35、比大約為：3.艇長無論是折角線長度或最大長度,對滑行艇性能的影響都不如排水船那樣重要。從阻力觀 點出發，折角線長度只對低速航行有明顯影響，對高速滑行時的阻力無直接影響。艇長對適 航性有一定影響，按弗里茲瑪的試驗結果，一般說來艇長增加要使滑行時的沖擊加速度增 大。對運動響應的影響則要視波長而定，對長波（/L > 3)艇長增加會使運動響應增大，而 對短波,使運動響應減小。總的說來,滑行艇長度對性能影響不大,往往主要從布置要求來確 定。一般軍用滑行艇的折角線長寬比大體為：比排水船顯然小得多。4吃水吃水只影響靜浮及低速航行，對滑行性能無影響，因而它是從屬的尺度。往往是在寬度 和長度確定后，吃水就

36、被確定。5. 重心縱向位置與排水船不同，滑行艇的重心縱向位置是十分重要的參數，它對滑行艇性能有很大影 響。從減小阻力觀點出發,重心后移是有利的,因為它對應較大的有利寬度,而使滑行效率提 高。但是對避免海豚運動發生和波浪中的運動響應及沖擊加速度都會帶來不利的影響，須要 很好加以協調。不過在大多數滑行艇設計中,根據總布置要求,重心位置往往是過于靠前。這 是因為采用直線傳動的水中螺旋槳，其主機位置不能太靠后的緣故，只有用噴水推進或垂直 直角傳動的水中螺旋槳的艇，才有重心偏后的可能。過于偏前的重心位置,往往會使設計航速時的縱傾偏小,阻力增大,但是使起滑時(阻力 峰區域）的縱傾和阻力都降低。縱傾減小對波

37、浪中的運動響應及沖擊加速度都是有利的，但 低速航行的阻力會增加，航向穩定性惡化，在迎浪航行中甲板易上浪，隨浪中的失操現象也 更容易發生。同時由于靜浮力由較寬的艉部轉移到較尖瘦的艏部，其橫穩性也會變差。6. 面積負荷系數A/2/3資料中還常把滑行艇的面積負荷系數作為艇的主要船型系數，這里A為折角線在基 面上的投影面積，為容積排水量。A/2/3可以表示靜浮時單位面積上的負荷大小, A/2/3值 大表示對應的負荷小。這一系數對滑行艇的浮態、低速航行性能及起滑性能有重要影響，而 對滑行狀態的性能影響不大，一般軍用滑行艇的面積負荷系數大體為：A/ 2/3 = 5.0 7.06.8 簡述滑行艇的剖面形狀？

38、1.橫剖面橫剖面底部曲線的形狀,可以分成直線斜升型、外凸斜升型、內凹斜升型(通常又稱橫向彎曲型）及型幾種,如圖6 - 47所示。從阻力性能出發，要求較小的橫向 斜升角；而從波浪中沖擊力考慮，希望有 較大的斜升角。斜升角過大還會使滑行 時橫穩性降低。艉部的斜升角增大可以 改善隨浪中的失操現象，但會使回轉直 徑增大。設計合理的內凹斜升型可以兼顧阻 力與波浪沖擊力兩方面的要求，但過分 的內凹會導致局部沖擊壓力驟增。外凸形可以減小波浪沖擊力，但使 噴濺情況惡化，對滑行效率也是不利的；波型剖面似乎是企圖保持內凹型的高滑 行效率和外凸型的較低波浪沖擊力，但 并不是所有的波型剖面設計都能達到這 一目的，局部

39、的內凹可能造成局部的巨 大波浪沖擊壓力。如果使舭部下彎,則成所謂的型剖面，其滑行效率是高的，但波浪沖擊力要比普通深V型大得多。橫向斜升角的縱向分布往往也是變 化的，從舯部向前，一般斜升角都是增大 的，舯部向后可以保持常數，也可以逐漸 減小。這種向艉部角的減小可以是平順 變化也可以是"扭曲"變化,如圖(c)所示。舯后等斜升角可使加工方便，舯后部 的水流平穩。角向艉逐漸減小似乎更適 合流體動力性能的要求。"扭曲"式的尾底 部對雙螺旋槳的工作條件可能會有好處，因為它使螺旋槳處的縱剖線平直，不像平 順減小那樣使螺旋槳的斜流角增大，但是 它造成水流有旋轉趨勢，使底

40、部易于產生 渦流而消耗能量，從而降低滑行時的橫穩 性。_般海上航行的滑行艇,舯部橫向斜升角約為，艉部。為了 避免隨浪中的失操現象,艉部斜升角還可以適當增加。距艏部1/4艇長處約為1/4 = 20° 30°。，艏部第三理論站號為3#= 30° 35°。舭折角線以上部分的橫剖面形狀,主要從減少波浪中的噴濺及避免甲板上浪等考慮,可 以作成向外直線傾斜形，艏部還可以作成曲線外張型。2縱剖面大多數滑行艇的龍骨線從舯后向艉部略略抬高，為了便于艉部布置螺旋槳，也為了使艉 部有較平直的縱剖線。龍骨最低點的位置大概在5號與6號理論站號處。艏柱外形適當肥圓 些，可以使艏部具

41、有較大的靜浮力，有利于起滑及隨浪航行避免埋艏失操。縱剖線在艉部盡可能平直，艉部縱剖線稍向下彎曲可以使縱傾減小，這對于航速處于阻 力峰附近的艇,可以減小阻力,但是艉部流體動壓力增大,對隨浪中埋艏失操非常不利。艏部 縱剖線與水線的夾角直接影響艇低速航行時的縱傾角以及艇的起滑速度，但過大的水平夾 角會使艇在波浪中的噴濺增大，有人建議縱剖線與靜浮水線的夾角不宜大于6°,當然還要顧 及艏部整個縱剖線的斜度變化規律。折角線的側投影形狀要與龍骨線相配臺，以保證有良好的縱剖線形狀。折角線與靜浮水 線的交點不宜太靠前，以避免水線進角過大，使噴濺惡化。折角線與艏柱交點的高度一般為2 3倍的艏吃水。3水平

42、面形狀滑行艇水平面形狀主要是指折角線在水平面內的投影形 狀。折角線在船舯后的形狀就表明了艇寬的縱向分布,這在艉 部寬度的討論中已經涉及了。一般說來在阻力峰值區附近航 行的艇希望有較寬的尾折角線，而越過峰值區航行的艇希望 有較窄的艉寬。艏部折角線肥滿會使艏部斜升角減小,使艏部 波浪沖擊力增大和淹濕嚴重,還會增加低速航行時的阻力,但 艏部過于尖瘦會使隨浪中失操嚴重，要很好協調這兩方面的 要求。有人建議艏部可以采用雙拆角線底部,在第一折角線處 寬度有階梯式突變,如圖所示。7 水翼艇7.1 簡述水翼艇的減阻原理水翼就是在水中工作或割劃水面的機翼，它在水中運動像飛機機翼在空氣中運動一樣，產生一定的升力。

43、因為水的密度較空氣的密度約大余倍，在同等升力之下，水翼的尺度比機翼小得多。靠水翼升力支持艇重的水翼艇比滑行艇阻力小，興波小，受波浪干擾影響也小，因而具有良好的快速性和適航性。7.2 簡述水翼艇的幾何特征水翼橫向兩端間的距離稱為翼展，以b表示；垂直于翼展的橫剖面就是翼剖面，翼剖面前緣與后緣之間的連線稱為翼弦，其長度稱弦長，用c表示,翼展與弦長之比，稱展弦比，用A表示 水翼的平面形狀，一般有矩形翼、后掠翼、菱形翼和兩端加寬翼等 水翼平面形狀的特征參數，是后掠角和尖削比。后掠角，指導邊或1/4弦長的連線與橫軸的夾角，以表示；尖削比，指翼端部弦長 ct和中部弦長cr之比。矩形翼的尖削比等于1 ，三角形

44、翼的尖削比等于零。水翼前視形狀的特征參數，是上翻角，以表示，一般指前視圖上 1/4/弦線方向與橫軸的夾角，向上為正，向下為負. 翼剖面形狀有很多種，其中常用的有平凸弓形、凹凸弓形、機翼形和全空泡翼型。剖面特征參數通常指的是剖面相對厚度 和相對拱度。最大厚度的位置，一般在距導邊 40%50%弦長處，稱為翼厚。翼厚與弦長的比值稱為相對厚度=e/c在垂直弦長的方向上，剖面上下輪廓中點的連線稱為剖面的拱線，拱線離弦線的最大距離稱剖面的 拱度，用 f表示。拱度與弦長的比 值稱相對拱度F=f/c.7.3 水翼升力的產生原理為了研究問題的方便，利用運動的相對性原理，視水翼在水中作勻速直線運動為均勻水流以同樣

45、的速度流向靜止的水翼。由于翼剖面是不對稱的，且弦線和水流間有一夾角，故水翼周圍的水的流動情況是上下不對稱的。上表面流速增大，下表面流速減小。由伯努利定理可知，流場中流速大處壓力低，流速小處壓力高。如果不計及流體的粘性損失，并忽略流體本身的重量則有：p+12v2=const 式中 表示流場中某點的壓力， 表示該點的流速。水翼的上表面流速大，相應的壓力就小，下表面流速小，則壓力大。水翼上下表面的壓差構成了水翼的升力。一般在水翼的升力中，上表面低壓所造成的“吸力”約占總升力的左右，下表面高壓所造成的“壓力”約占總升力的左右。7.4 什么是水翼的失速角當沖角大于某一極限角度（一般為 10度左右）以后，

46、升力系數不會增加反而會下降。這是由于沿翼型的繞流被破壞而引起的，這個極限沖角稱為失速角7.5 水翼的阻力包括哪幾部分水翼的阻力一般分為翼型阻力、誘導阻力和興波阻力三部分。水翼的總阻力將等于翼型阻力、興波阻力和誘導阻力的總和。翼型阻力是由于液體粘性引起。興波阻力和誘導阻力與液體粘性無關翼型阻力是由液體粘性引起的，它包括摩擦阻力和形狀阻力。興波阻力由于自由表面的存在，水翼在自由表面附近工作將引起興波阻力，興波阻力與浸深和傅氏數有關。7.6 什么是水翼的淺浸效應，淺浸效應對水翼的影響是什么當水翼的浸深較小，由于水和大氣交界處的自由表面的存在，使水翼的特性發生了變化。因此，研究實際水翼的水動力特性時，

47、必須考慮自由表面對水翼水動力特性的影響。（1）使升力系數斜率下降（2）使下洗角增加，引起升力系數下降，阻力系數增加。（3）由于水翼附近的水面局部變形引起水流彎曲，相當于改變了水翼的零升力角。7.7 水翼艇工作時有可能產生空泡現象，簡述空泡現象的成因及流體動力性能的影響當水翼的運動速度足夠高時，翼背上的壓力降到水的飽和氣壓，水開始汽化，形成空泡。繞體在水中運動時，表面壓力要發生變化，當繞體表面低壓區的壓力降低到水在該溫度下的飽和蒸汽壓時，水就開始汽化，產生空泡。壓力降至飽和汽壓并不是產生空泡的唯一條件水中含有空氣核或雜質微粒也是空泡產生的必要條件，不過一般自然水域中未經特殊處理過的水通常都含有大

48、量的空氣核和雜質微粒。嚴格說來，水中空氣核或雜質含量的多少將會影響到空泡形成的壓力，但這個壓力大體上都在飽和汽壓附近，所以工程上就把飽和汽壓作為空泡初生的壓力，而不去計較因空氣核的多少所造成的微小壓力差別。水的汽化壓力取決于水的溫度，因而空泡的產生也直接與水溫有關。空泡的第一階段，也稱氣泡狀空泡。氣泡狀空泡開始在翼的導邊上表面處形成，然后隨著速度增加逐漸向后蔓延。它對水翼的升力和阻力沒有多大影響，但空泡在翼表面閉合時壓力會驟然增大，甚至高達數百大氣壓，這樣的高壓作用在翼表面將引起水翼材料的損壞，即所謂空泡剝蝕。此外，空泡的閉合還會引起空泡噪音等。第二階段空泡，這種空泡稱為片狀空泡。片狀空泡由于

49、不在水翼表面閉合，因此不產生剝蝕現象，但由于空泡腔附著在翼的上表面，改變了水流的繞流情況，使升力和阻力都下降，但升阻比增加。第三階段空泡，這種狀態稱為全空泡狀態。在全空泡階段，水 翼升力下降，同時由于濕面積減少和雷諾數增加， 阻力也下降。因此，在全空泡階段，選擇合適翼剖面形狀，使翼的上表面形成穩定的空泡區，即用全空泡翼型，仍可獲得較高的升阻比和穩定的運動。7.8 什么是割劃式水翼艇，割劃式水翼艇有什么優缺點這種水翼的部分翼板具有上翻角，艇航行時，這些具有上翻角的翼板割劃水面（如梯形水翼的側翼），若浸深發生變化時，水翼工作面積也要改變，因而改變升力，使水翼能恢復到初始平衡位置。割劃式水翼的主要優

50、點是：自穩性好，不用自控系統艇能在靜水和較小的風浪中穩定航行；它有翼面積儲備，有利于艇的起飛，并增加了翼航速度范圍，改善了風浪中爬浪性能和翼航能力；艇在錨泊或排水航行時，較大的上翻翼增加了運動的阻尼，從而減少了艇的搖擺。其主要缺點是：產生升力的部件割劃水面，對波浪的干擾較敏感；風浪中翼航無自控時，搖擺和垂向加速度都較大；由于水翼割劃水面有一定的升力損失，并增加了噴濺阻力，降低了升阻比；此外，這種水翼比全浸式水翼重量和跨度都較大，故收放復雜。7.9 什么是全浸式水翼艇，全浸式水翼艇的特點是什么翼板全部浸沒在水中，只有不產生升力的支柱割劃水面，稱這種水翼為全浸式水翼。特點：這種水翼沒有自穩性，必須

51、借助控制系統才能保證運動的穩定性。但它對波浪的干擾不太敏感，只要具有足夠的浸深，艇便具有優異的適航性，而且較易實現水翼上翻。為了便于艇進出狹窄和淺水航道，以及便于停靠，一般在排水航行或停泊時，需將水翼上翻或收縮起來。7.10 水翼艇航行狀態下的的穩性特點是什么水翼艇靜浮時的穩性與排水船沒有任何區別。在翼航時，船體完全與水脫離，艇的穩性靠水翼保證，這就有別于排水船。這里要討論的也主要是水翼艇在翼航時的穩性。水翼艇的穩性是指水翼艇在外界干擾力停止作用后回復到原來穩定翼航運動位置的能力。7.11 水翼艇解決其翼航狀態的垂向穩定性的措施有哪些（1）對深浸翼依靠操縱水翼，使其在受到外界擾動時產生所希望的

52、垂向力，即通過升力控制，來保證垂向穩定性。一般采用的升力控制方法有調整水翼沖角或操縱襟翼兩種辦法，也可以用翼背通氣的辦法來減少升力，但這是一種純消耗能量的辦法，效率很低。（2）采用淺浸翼，靠自由水面的淺浸效應來調節升力。因為淺浸翼在浸深減小時升力也相應的減小，這恰好可以滿足保持垂向穩性的要求，一般為了保證在浸深變化時有足夠的升力變化，淺浸翼要求相對浸深（3）采用割劃翼，靠隨著水翼吃水的變化改變水翼的面積來改變升力，目前最常見的為v形割劃翼，它具有水翼面積隨水翼浸深而增大的特點，以保證水翼的垂向穩性。7.12 什么是水翼的剛度和水翼的阻尼，為保證水翼艇的縱向靜穩性，水翼艇必須具備的條件是什么我們

53、把升力隨浸深的變化率 稱為水翼的剛度；升力隨沖角的變化率稱 為水翼的阻尼。為了保證縱向靜穩性（垂向穩性和縱穩性），水翼艇必須滿足下面兩個條件：（1）如果在縱向垂直平面內作用有干擾力矩，則艇的水翼應能在保持升力不變的條件下產生恢復力矩，且恢復力矩大于干擾力矩。這相當于希望首翼具有較大的剛度和較小的阻尼。（2）如果在重心上作用有垂直向下的干擾力，則艇的水翼除了能使升力加大外，還應能產生尾傾。這相當于希望首翼的剛度大于尾翼的剛度。7.13 水翼艇在波浪中運動可能出現的的典型運動方式有哪些（1）平臺航行方式艇的重心軌跡作水平直線運動，不受波浪起伏的干擾影響。這種運動方式是一種最為理想的方式（2）隨波起

54、伏方式艇的重心軌跡與波面平行，艇完全跟隨波浪起伏（3）中間響應方式艇的運動介于以上兩者之間，即艇的重心軌跡既非直線，亦非平行波面，雖不是直線運動，但艇的起伏又小于波面的起伏8 表面效應船8.1 全浮式兩棲型氣墊船的優缺點是什么優點:兩棲型氣墊船具有獨特的優點它可以在無道路的草地、沼澤地帶，多石灘河面，淺水和冰雪海面上航行；它可以作為短途的車客渡船、救護船和供應船等；在軍用方面它可以作為導彈快艇、火炮快艇和登陸艇；它還可以用作比較理想的反水雷艦艇，因為它的低磁性和有氣墊緩沖器把它與水隔離開來，即使它在水雷爆炸區也可免受損壞；兩棲型氣墊船的阻力性能比側壁式氣墊船好，它可以利用多種操縱設備實現就地回轉，所以機動性好，能夠水陸兩用。缺點：噪音大，在海面上航行當航速超過 60節時，在陸上航行當速度超過 節時，發出的噪音更為厲害。遇大風（特別是順風）時操縱困難，受風浪的影響大，在波浪中的失速大航行時水飛濺厲害，這對于在寒冷地區航行的氣墊船是不利的，因為濺到船上的水會結冰，這樣就會增加船體的重量。兩棲型氣墊船只能采用空氣螺旋槳推進裝置，它比水螺旋槳的推進效率要低。尤其是在低速時，兩者的差異更為顯著。為了提高空氣螺