PAGE25無人艇設計中的性能計算案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u310171.1概述 124361.2靜水力曲線計算 1283921.3阻力計算及主機選型 8306721.1.1大隅三彥經驗公式估算法 8318861.1.2大隅三彥圖譜估算法（小型動力艇） 10286401.1.3舷外機定型 111.1概述性能設計涵蓋了船舶浮性、穩性、抗沉性、耐波性和快速性等多個方面的計算，性能設計的結果直接影響著船舶整體設計的優良與否，是船舶設計的關鍵性指標。本章將從靜水力和阻力與快速性方面進行詳細地設計和計算。靜水力性能將通過梯形法列表計算并繪制靜水力曲線圖。運用大隅三彥經驗公式及大隅三彥小型動力艇圖譜估算所需的主機制動馬力及船體阻力，并進行船外機的選型。1.2靜水力曲線計算1.2.1目的與作用完成型線圖的繪制工作之后，要對無人艇的靜水力性能進行計算與評估，包括：確定無人艇的排水量、浮心的縱向坐標和各船型系數等等，是對此無人艇的基本性能初步掌握。靜水力曲線圖是綜合性的圖形，由靜水力計算結果繪制生成，詳細地表達了船舶在靜水正浮狀態下浮性和穩性要素隨吃水而變化的規律，并將作為后續其他性能計算的基礎。1.2.3靜水力曲線計算原理測量型線圖中各水線面對應站號的半寬參數，利用《船舶原理》所給的靜水力計算表格進行計算。采用梯形法近似計算各水線面的面積，其原理是用若干的直線所組成的折線近似地代替曲線。梯形法計算水線面面積如下：圖1.1梯形法計算圖例圖1.1為船的半寬水線面，沿長作n等分，共有n+1個縱坐標。相鄰兩個坐標之間的距離為ΔL稱為站距，?L=L使用梯形法計算該水線面面積即為：A=?L==L式中i=0nyi因為該無人艇船體型線在首端的曲率變化較大，故為提高計算精度在船的首端增加中間坐標。在實際計算時，由于曲線的端點并不正好在曲線等距點處，因此需另加處理。結合此艇線型特點，采用梯形法對端點部分處理，如圖1.2所示。端點部分曲線OC面積若直接采用端點y0，則A0=12?L（y圖1.2梯形法端點修正靜水力曲線要素理論計算公式如下列所示：1.排水體積?2.漂心位置X1.浮性位置X4.橫穩心半徑BM5.縱穩心半徑BM6.浮心縱向坐標Z7.每厘米縱傾力矩MTC=8.每厘米吃水噸數TPC=9.方型系數C10.水線面系數C11.中橫剖面系數12棱形系數C1.2.4靜水力曲線計算內容浮性曲線：(1)型排水體積?曲線(2)排水量?k(3)浮心縱向坐標XB(4)浮心垂向坐標ZB(5)水線面面積AW(6)漂心縱向坐標XF(7)每厘米吃水噸數TPC曲線穩性曲線：(8)橫穩心半徑BM曲線(9)縱穩心半徑BML(10)每厘米縱傾力矩MTC曲線船形系數曲線：(11)水線面系數CWP(12)中橫剖面系數CM(13)方形系數CB(14)垂向菱形系數CVP(15)縱向菱形系數CP1.2.5靜水力曲線計算數據各水線測量數據見附錄，各靜水力曲線計算結果如下列表格所示：表1.1排水體積計算水重量密度γ（t/m3）1.025水線號吃水T(m)水線面積m2成對和水線間距乘積自上而下和Vi=VI/2

排水體積m3Δ=γ（VIII）

排水量t每厘米吃水噸數qi=γ*Ⅲ/100CBi=Vi/LBTi

方形系數ⅠⅡⅢIIVⅣⅤVIⅧIIXⅨXI200WL0.2005.1035.1030.2001.0211.0210.5100.5230.0520.266280WL0.2807.21512.3180.0800.9852.0061.0031.0280.0740.373360WL0.3607.75714.9720.0801.1981.2041.6021.6420.0800.463420WL0.4208.02915.7870.0600.9474.1512.0762.1270.0820.515500WL0.5008.23416.2630.0801.3015.4522.7262.7940.0840.568580WL0.5808.36616.6000.0801.3286.7801.3901.4750.0860.609表1.2船舯橫剖面面積計算水線號半寬值y成對和水線間距各分段面積中橫剖面面積吃水深度型寬舯橫剖面系數200WL0.5610.5610.2000.1120.1120.2001.7460.322280WL0.8071.3680.0800.1090.2220.2801.7460.454360WL0.8141.6200.0800.1300.3510.3601.7460.559420WL0.8191.6320.0600.0980.4490.4201.7460.613500WL0.8261.6450.0800.1320.5810.5001.7460.665580WL0.8331.6580.0800.1330.7140.5801.7460.705表1.3浮心縱向坐標Xc水線號水線面積Si（m2）漂心坐標縱向坐標（m）Si*Xfi成對和水線間距縱向力矩Ⅴ*Ⅵ/2自上而下和排水體積浮心縱向坐標XBⅧ/ⅨⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ200WL5.103-0.660-1.369-1.3690.200-0.337-0.3370.510-0.660280WL7.215-0.445-1.211-6.5800.080-0.263-0.6001.003-0.598360WL7.757-0.331-2.571-5.7820.080-0.231-0.8311.602-0.519420WL8.029-0.384-1.082-5.6530.060-0.170-1.0012.076-0.482500WL8.234-0.355-2.923-6.0060.080-0.240-1.2412.726-0.455580WL8.366-0.332-2.778-5.7010.080-0.228-1.4691.390-0.433表1.4浮心垂向坐標計算表水線號排水體積成對和水線間距乘積/2自上而下和（VI）/（Ⅱ）吃水Ti浮心垂向坐標ZCi=（Ⅶ）-（Ⅵ）ⅠⅡⅢIVⅤⅥⅧⅨIⅨ200WL0.5100.5100.2000.05100.0510.1000.2000.100280WL1.0031.5130.0800.06050.1120.1110.2800.169360WL1.6022.6050.0800.10420.2160.1350.3600.225420WL2.0761.6780.0600.11030.3260.1570.4200.263500WL2.7264.8020.0800.19210.5180.1900.5000.310580WL1.3906.1160.0800.24460.7630.2250.5800.355表1.5橫穩心半徑、縱穩心半徑、每厘米縱傾力矩計算表水線號排水體積排水量橫向慣性矩橫穩心半徑

Ⅳ/Ⅱ縱向慣性矩縱穩心半徑

Ⅵ/Ⅱ船長每厘米縱傾力矩

(Ⅲ*Ⅶ)/(100*Ⅷ)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ200WL0.51030.52310.53491.04819.033917.70175.5000.0168280WL1.00311.02821.34211.338011.937611.89495.5000.0260360WL1.60201.64201.54930.967116.099210.04975.5000.0300420WL2.07562.12741.62000.780517.63088.49455.5000.0329500WL2.72612.79421.67240.613518.87166.92265.5000.0352580WL1.39011.47481.71690.506419.56485.77125.5000.03651.2.6靜水力曲線圖結合靜水力計算結果，將各曲線按比例繪制靜水力曲線圖，如下所示：圖1.2靜水力曲線圖1.3阻力計算及主機選型滑行艇是一種依靠水動升力支撐艇中，將艇體托出水面，從而進入滑行狀態的高速快艇。由于在高速航行時船體表面的壓力分布與低速航行時顯著不同，艇體發生明顯的升沉與縱傾，浸濕面積和浸濕長度變化劇烈，導致滑行艇的水動力性能研究方法與普通排水型船有很大不同[7]，此文將采用經驗公式及圖譜的方法進行初步的主機功率及阻力估算。1.1.1大隅三彥經驗公式估算法大隅三彥等人統計了從低速到高速船的制動馬力以及裸船有效馬力數值，利用不同的參數作為基礎，制作出便于查詢的制動馬力以及有效馬力圖譜。同時根據此資料，提出了自己獨特的半經驗公式[8]，此經驗公式主要是計算主機所需制動馬力（BHP）。JohnM.Alemter稱該經驗公式所統計的數據庫非常龐大，其船型包含了典型的商用及軍用滑行艇，他以幾種試驗結果檢查了該公式，結果顯示在其應用范圍內，該公式能給出合理的結果[9]。BHP=1.45?β??其中，LWL?:排水量，t；Vs：設計船速，knot；BHP：制動馬力，ps;β：船長修正系數=1.12?0.0048?Lwl≤1經過上述公式計算出的制動馬力后，可將馬力換算出功率后，運用功率與阻力關系公式：P=F?V（3-3）計算出阻力F，結果如下表所示：表1.6大隅三彥經驗公式計算結果設計船速（Knot）體積弗勞德數制動馬力BHP（ps）阻力R（N）101.9534.484930.02201.91105.327529.71305.86202.409646.511.1.2大隅三彥圖譜估算法（小型動力艇）大隅三彥在對船型統計過程中，除了推出上述的經驗公式之外，還繪制了多個關于制動馬力(BHP)和有效馬力（EHP）的圖譜，可在其中直接讀取數值BHP與EHP。以下圖譜其適應條件為船長在8m，重量在3t以下的小型動力艇。圖剖橫坐標為VS/√Bct，縱坐標為EHP/圖1.3小型動力艇制動馬力圖譜大隅三彥圖譜估算馬力及運用（3-3）式換算阻力結果如下表所示：表1.7大隅三彥圖譜估算結果設計船速（Knot）體積弗汝德數有效馬力EHP（ps）制動馬力BHP(ps)阻力（N）101.9532.9565.899421.46201.9151.77105.907570.82305.86101.55190.629084.981.1.3舷外機定型通過大隅三彥經驗公式及其小型動力艇圖譜計算所得到的所需