船舶快速性

船舶交通术语

船舶快速性是指船舶在一定主机功率下以较快速度航行的性能。船舶航行时，主要受到水阻力的影响。航速越大，所受到的水阻力越大。船舶主机就是通过推进器产生的推力来克服阻力而使船舶前进的，主机效率是影响船舶快速性进而影响船舶营运效率的一个重要性能。

基本定义

船舶快速行驶的性能。一般是在一定主机功率下，于静水中作直线行驶时通过测试和比较给以评定。快速性是船舶重要性能之一，其直接影响船舶的营运效率。这一性能的优劣主要决定于影响船舶行驶阻力的船型和船舶推进装置的效率。船舶快速性的获得可以通过两种渠道。一条是减小船舶的阻力，另一条是提高推进效率。在相同主机功率、相同推进效率和相同推力作用下，船舶阻力越大则航速越低。而在船舶阻力一定的情况下，主机功率越大、，推进效率越高和推力越大时航速也越大。

影响因素

船舶快速性取决于两个因素：船舶前进时受到的阻力和船舶推进装置的效率。

阻力因素

船舶运动时，船体的水线下部分浸入水中，其余部分则处在空气中。因此，船舶运动时受的总阻力包括水阻力和空气阻力。由于水的密度远大于空气的密度，因此水阻力是主要阻力。水阻力按产生的原因，可分为粘性阻力和兴波阻力。

1、粘性阻力

由于水的粘性作用引起的阻力，包括摩擦阻力和旋涡阻力。摩擦阻力产生于水对于船体表面的粘附作用，在船舶总阻力中所占比重最大。摩擦阻力对低速船可占总阻力的80%；对高速船也要占50%左右。减小摩擦阻力的途径是缩短船长、减小浸水表面积和提高船体的表面光洁度。旋涡阻力又称形状阻力或粘性压差阻力，它是水流经船体表面时因粘性引起首尾的压力差而形成的，其值同船体尤其是船体尾部的形状有关。如尾部线型过于丰满，就容易产生旋涡，增加旋涡阻力。减小旋涡阻力的途径是加大船舶长宽比和采用流线型船体。

2、兴波阻力

是船舶航行时兴起的重力波引起的阻力，对高速船特别重要，其大小取决于船的航速及长度。它们的关系可用弗劳德数Fr表示：

式中v为航速（米/秒）；g为重力加速度（米/秒2）；L为船长（米）。如果Fr大于0.35，兴波阻力即超过摩擦阻力而居主要地位，但一般运输船舶的弗劳德数都在0.35以下。减小兴波阻力的主要途径是改进船型及改变航行方式。通过系列船模试验研究，可以得到兴波阻力较小的船型及合理的船舶主尺度比和船型系数。船舶航行时兴起的波浪一般有首波和尾波二个波系。如果船型选择适当，可以使二个波系产生有利干扰，而使兴波阻力减少，如在船首设一球鼻也可产生附加波系；使波的干扰有利兴波阻力减小。船舶若能脱离水面腾空航行或潜水航行，则可避免波浪的产生及不产生兴波阻力。

3．涡流阻力

涡流阻力是由于船尾产生的涡流所引起的。因其与船形有关，所以又称为形状阻力。涡流阻力主要与船舶水下部分形状及航速有关。速度一定时，形状起着决定性作用。有良好线型的船体，流体质点能顺利地流到尾部，流线顺畅不乱，就不致产生涡流或仅产生较小涡流，因此涡流阻力就小。此外，随着船体长宽比增加，涡流阻力也会减小。

推进效率因素

为了使船舶能以一定的速度向前行进，必须有一个与阻力大小相等、方向相反的推力。这个推力通常是依靠推进器推水向后而产生的。最常见的推进器是装在船尾部水下的螺旋桨。由于螺旋桨工作时会使一部分水流产生向后和旋转的运动，因而要耗去一部分功率，使螺旋桨的效率在理论上不可能接近1，同时由于螺旋桨是在船尾复杂的流场中工作，受到不均匀水流的影响，使效率更低。螺旋桨高速运转时，桨叶上水流压力下降，当下降到水的汽化压力时，水就变成汽，形成气泡，效率进一步下降，使推进效率很低。因此，对船舶推进的研究很为迫切。既要对螺旋桨本身的工作情况进行理论探讨和科学实验，又要分析螺旋桨在船尾水流中的具体工作条件，研究船体对螺旋桨的影响，这样才能设计出接近于理想的螺旋桨，使船舶获得尽可能高的推进效率。

快速性良好的船舶，除应具有优秀的船型使航行时产生的阻力最小以外，还必须具有良好的推进性能，使主机的功率得到充分利用。研究船舶快速性的方法有理论分析、船模试验和实船测试等三种。其中船模试验仍是获得船舶快速性资料的主要手段。

发展趋势及成果

1、国内外技术水平现状及发展趋向

船舶快速性是船舶流体力学学科中最老的一个分支。在实验研究方面，宏观的测试技术已经比较成熟，加上科研人员的经验，其结果已能较好地解决大多数实际工程问题。趋势是向微观测试技术发展和细化性能指标的测试；在理论研究方面，虽有较长历史，并也获得了许多有效方法，但由于船型几何的复杂性和湍流计算的困难，大多数方法存在较大局限性；兴波和粘性阻力，流场特征和船体与螺旋桨的干扰计算等基础性的研究也未能达到真正实用的水平。发展趋向是在巨型计算机上直接求解真实流体的基本方程，以提高解的精度和真实性，但迄今尚未看到肯定的希望；在经验研究方面，由于积累的数据相对于其它性能还比较多，再加上复杂的统计方法能在计算机上运行，故实用方法越来越多且也越来越精细。今后的努力方向主要是数据库技术及其应用，很明显，积累的数据越多，数据管理越科学，其结果就越实用，越精细，这条道路是解决实际工程问题的捷径。

2．国内外近期科研成果

在船舶快速性的实验研究方面，近期的努力侧重于流态显示和流场测量等微观测量技术，在国外取得了明显的成果。激光测量技术和计算机技术的联合应用，不仅获得了船体周围以及船体与附体交接部等复杂流动区域的流动图案，而且从定性观测开始向定量分析过渡。低雷诺数下的显示技术成果倍出，旋涡、二次流等复杂流动现象已能清晰展示，但最实用的高雷诺流动的显示尚未找到任何方法，仍只能借助于细微流场的测量和分析进行研究。热线、热膜流速仪和激光测速仪是近代流场测量的基本手段。湍流平均速度、脉动、雷诺应力等测量成果甚多，为理论计算提供依据和校核标准，但在物理模型的改造方面，特别是对近壁流动和角隅流动等的湍流模式的建立，未见突出成果。国内畦微观测量方面的研究仅处于起步阶段，建立了突出体、孔穴等非常规性的测力手段，使舰船快速性试验更加细化。

在理论研究方面，国外近期的工作侧重于流场计算，通过巨型计算机求解粘性流动的雷诺方程，研究复杂、耗资甚大，但进展不快，其成果的实用性与相对简单的边界层理论相比并未取得明显的改善。在三元船体尾部流场、船体与附体或船体与螺旋桨的干扰流场仪及考虑自由液面影响的粘性流动计算等方面都取得了成果，或者说是得到了一些定性的结果，但因物理模型方面的进展远不如数学方法，大多数结果的普遍适用性差，还未达到实用的程序，即使是经典的兴波阻力和粘性阻力研究，近期也未取得明显的成果，国内这方面的理论研究属跟踪阶段。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省