方形系数

船舶工程术语

方形系数（block coefficient）是指与基平面相平行的任一水线面以下的船的型排水体积与对应的船长、型宽和平均吃水的乘积所表示的长方体体积之比。主要根据船舶浮力、快速性、耐波性及综合经济性和总布置等因素选定，是设计和分析船舶性能的重要船型参数之一，是表达船舶水下形状的肥瘦程度的重要数据，由计算得出。

系数介绍

方形系数是表达船舶水下形状的肥瘦程度的重要数据，是排水量和船舶各主要尺度间的纽带，它由下列公式计算得出：

式中：为船舶排水体积，单位为立方米；

L为该排水体积的状态时的水线长度，单位为米；

B为船宽，单位为米；T为该排水体积的状态时船舶吃水，单位为米。

一般认为，方形系数越小的船舶越狭长，例如军舰；方形系数越接近1的船舶越肥大。

船舶船池试验的时候，一般要保障模型和母型船舶的方形系数相同。

主要因素

对总布置影响

较大，表示船体形状接近长方体。此种类型对船体内部的舱室布置、机舱布置是有利的，因而，若过小，则船舶首尾尖瘦，给布置带来困难，尤其是对尾机型船，将不利于机舱和轴系的布置。

对船重量影响

由浮力平衡方程式知，若排水量保持一定，仅增加，则船舶主尺度相应减小。并且船体钢料重量将减轻，造价下降。同时，因为船舶总重量不变，空船重量减轻，使载重量相应增加，所以，在布置条件满足的情况下均取较大的方形系数。

对阻力影响

航速一定时，保持主尺度不变而改变，将引起总阻力的变化，如图1所示。该图系由船模试验所得的单位排水量总阻力与的关系曲线，分析该试验结果可得以下结论：

第一，在FN等值曲线上有一R/Δ的最低点说明在一定的相对速度下，可找到一个对应阻力最低的方形系数，我们称之为最佳方形系数。图1中曲线①即各等值FN曲线上的最低点连线，它表明了FN与最佳的对应关系：速度越大，最佳越小。

第二，FN等值曲线变化不均匀。在最佳附近的曲线变化缓和，这一范围内，适当加大而R/Δ的值增加幅度较小，但在一定的增值后，增加将使阻力急剧增加，这一即阻力增加的临界点，称为临界方形系数，即图中曲线②所对应的值。

实际船舶的方形系数一般都在曲线①和曲线②所示的最佳和临界范围内选择。对于一般货船，因其所需的浮力较大，若取最佳则尚须增加主尺度，使钢料重量和造价提高，载重量减少；反之，如适当增大，虽然对航速有一定影响，但主尺度的减小将对经济性有利，所以对这类船，通常取接近临界值的，这种方形系数亦称经济方形系数。

对适航性影响

较大，表示船体丰满，风浪中的横摇角增加，相对瘦削船来说不易维持其速率。肯特曾指出，波高仅3.4ft的波浪就能使丰满船的阻力增加15%左右。当 <0.75，失速率则在10%以下。

系数的确定

确定时，应根据设计船的具体情况采用不同的处理方法，主要取决于预期的航速和已选定的船长。

小型工作船(如拖船等不载货的船)因船小，而相对速度较大，当 <0.60时，有许多船将p=0.895的峰区中航行，如图2所示，而L/B通常又较小，为降低阻力，一般取较小的。

客船的主尺度基本上是根据布置需要而确定的，通常主尺度较大而排水量相对较小，因而的确定主要是满足重力与浮力的平衡。当船舶主尺度及排水量初步确定后，利用公式即可初步确定出。对于船长、船宽和吃水受航道限制的浅水船舶，方形系数主要取决于排水量，故常按浮力要求确定，为满足浮力要求，其值有时较大，如浅水拖轮的较深水拖轮大，一般在0.55~0.65之间，见图3。

对于航行于浅水或经常出入河港的小型运输船舶，由于航线较短，停港时间相对较长，且吃水受限制，故适当加大以减小主尺度、适应停港要求。从经济性出发，取大的也是有利的，所以这类船常取临界。

图4为名家所建议的值。方形系数的确定一般可按下面几种方法：

按浮力要求

根据上述公式，当初步选定了主尺度和排水量后，满足浮力要求的可直接求得。

参考公式

图3为不同类型船舶的值范围。也可按以下统计公式确定；

内河客船

式中： ——特征数，。

该式适用于FN为0.25~0.33的中速内河客船，对于以载货为主的客货船及吃水与长度限制较大的小船偏差较大。对长江下游的大型客船，上式的误差亦较大，而卡尔波夫公式较为适用：

图5为长江船不同FN时的临界值，可作为初步确定长江船的参考。

亚历山大提出的确定的公式是：

式中：V——航速，kn；