許君林

摘 要：介紹了高速排水型三體船模型靜水阻力試驗(yàn)。在傅汝德數(shù)0.3～0.8范圍內(nèi)進(jìn)行了系列試驗(yàn)?；谌w船船模系列阻力試驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)研究了側(cè)體位置對(duì)三體船阻力的影響。希望得到三體船側(cè)體布局優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：三體船 阻力試驗(yàn) 船模試驗(yàn) 側(cè)體布局

近年來(lái)，三體船作為一種高性能船型引起了造船界以及各國(guó)海軍越來(lái)越多的關(guān)注。三體船的形式多種多樣，一般來(lái)說(shuō)，典型的三體船水下部分由中間主體和對(duì)稱(chēng)布置于兩側(cè)的側(cè)體共3個(gè)細(xì)長(zhǎng)片體組成，中間主體長(zhǎng)寬比大約在12～18之間，側(cè)體長(zhǎng)寬比一般大于20，主體排水量占總排水量的85% ～95%。這種船型比常規(guī)的單體船或雙體船在相同排水量情況下可減小10%～20%的有效功率。但是，由于細(xì)長(zhǎng)型船體的空船重量，特別是船體結(jié)構(gòu)重量相對(duì)常規(guī)船型會(huì)有較多增加，故有效載荷將減少。由于其船型構(gòu)造特點(diǎn)，該船型在快速性、耐波性、總布置以及隱形性能諸方面較高速單體船和雙體船有較大優(yōu)勢(shì)。特別在利用片體合理布局產(chǎn)生水動(dòng)力有益干擾以降阻增速，避免雙體船的“扭搖”與“急搖”，減小縱搖、升沉，以及水下船體聲學(xué)隱形、上層建筑光學(xué)隱形等方面，高速三體船具有突出的優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)文獻(xiàn)表明，側(cè)體布置位置對(duì)三體船的阻力性能影響較大，在航行時(shí)主、側(cè)體之間產(chǎn)生相互干擾，如果側(cè)體位置適當(dāng)，可以降低阻力。結(jié)合三體船的阻力性能來(lái)研究側(cè)體布局是三體船船型優(yōu)化的重要內(nèi)容之一。

由于多體船濕表面積相對(duì)單體船的增加，摩擦阻力增大，低速時(shí)阻力性能較差，而高速時(shí)側(cè)體和主體間的干擾成為影響多體船阻力的重要因素。本文研究側(cè)體不同縱橫向位置時(shí)對(duì)三體船的阻力影響規(guī)律，得出隨航速不同側(cè)體布局的基本規(guī)律。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

具體試驗(yàn)時(shí)三體船船模的布局如圖1所示。

船體模型主尺度如下，取縮尺比為60：

側(cè)體的縱向布置位置對(duì)阻力的影響程度比橫向位置顯著，當(dāng)側(cè)體在一定的縱向位置時(shí)，橫向位置的改變對(duì)阻力的影響不大；為了證明這一點(diǎn)，我們研究了側(cè)體在兩個(gè)橫向位置下，隨著縱向位置的改變剩余阻力的變化。而且，大多文獻(xiàn)所得出的結(jié)論是：當(dāng)傅汝德數(shù)較高時(shí)，側(cè)體的縱向位置是在船舯靠后位置更為有利；為了考察這一點(diǎn)，我們?cè)诖币院蟮奈恢眠x取了較密的試驗(yàn)點(diǎn)。與以往三體船實(shí)驗(yàn)不同，本次試驗(yàn)我們多引進(jìn)了一個(gè)參數(shù)θ，表示側(cè)體中縱剖面與主體中縱剖面的夾角，以研究斜側(cè)體阻力情況.最終我們制定了這樣的試驗(yàn)方案：

模型材料為木制，表面經(jīng)油漆達(dá)到平順光滑，未裝附體。試驗(yàn)是在江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院的船模拖曳水池中完成的。拖曳水池長(zhǎng)100 m，寬6 m，水深2 m。大型拖車(chē)，最高車(chē)速6 m/s。船模阻力Rm由阻力儀測(cè)得，本次實(shí)驗(yàn)采用電測(cè)式阻力儀，阻力儀安裝在拖車(chē)上，拖線(xiàn)經(jīng)導(dǎo)輪與阻力儀連接。下端連接拖線(xiàn)帶動(dòng)船模前進(jìn)。按事先擬定的試驗(yàn)速度啟動(dòng)拖車(chē)，待拖車(chē)到達(dá)穩(wěn)速狀態(tài)后釋放船模制動(dòng)器，開(kāi)始測(cè)定阻力和相應(yīng)的航模速度。在測(cè)量已經(jīng)完成時(shí)停止記錄，制動(dòng)船模，再使拖車(chē)減速直到停止。然后以低速將拖車(chē)退回到試驗(yàn)起始位置，等待水面平靜后再作下次試驗(yàn)。記錄水池水溫。模型阻力曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。并按照傅汝德法進(jìn)行了阻力系數(shù)計(jì)算。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)直接得到的數(shù)據(jù)是船模在各個(gè)位置不同航速下的總阻力，為了便于比較興波阻力之間的關(guān)系，本文通過(guò)一些變換得到各個(gè)位置下的剩余阻力系數(shù)。下面將剩余阻力系數(shù)換算的過(guò)程介紹一下。

首先，我們利用光滑平板摩擦阻力公式（如下）計(jì)算出摩擦阻力系數(shù)。這里選取粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)△Cf=0.0004。

式中，Cf為摩擦阻力系數(shù)，Re為雷諾數(shù)，u為船模航速（m/s），L為船長(zhǎng)（m），ν為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（m2/s）。

但由于船模的主體和側(cè)體的雷諾數(shù)相差很大，所以我們需要對(duì)三體船的主體、側(cè)體的雷諾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算。然后再由公式

分別計(jì)算出主側(cè)體的摩擦阻力，將三個(gè)片體的摩擦阻力疊加在一起即得到三體船總的摩擦阻力。再將總阻力除去總摩擦阻力后即為三體船剩余阻力，由公式

式中，Rr為船模的剩余阻力（N），ρ為水的密度（1000kg/m3），u為船模的航速（m/s），S為船模的濕表面積（m2）。

2、試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)換算，最終所得各位置下剩余阻力系數(shù)及換算成實(shí)船后有效馬力曲線(xiàn)如圖1所示。

下面把剩余阻力系數(shù)曲線(xiàn)圖分成不同的傅汝德數(shù)區(qū)間分別進(jìn)行討論。

再根據(jù)側(cè)體縱、橫向位置的變化，來(lái)考察三體船的阻力性能，分析在不同航速段下側(cè)體和主體有利干擾或干擾較小情況下側(cè)體的縱向布置規(guī)律和橫向布置規(guī)律。另外又根據(jù)不同航速考察了側(cè)體和主體干擾阻力隨不同縱橫向位置的等值分布情況。根據(jù)總體布置等方面初步確定了各三體船的不同縱橫向位置組合方案，理論計(jì)算結(jié)合模型試驗(yàn)考察了不同三體船各個(gè)方案的阻力性能。

在傅汝德數(shù)小于0.3時(shí)，側(cè)體設(shè)置在船舯位置，能夠?qū)εd波阻力產(chǎn)生比較明顯的有利干擾，使得剩余阻力系數(shù)比其他位置處小很多；在Fr=0.40～0.50區(qū)間內(nèi)時(shí)，側(cè)體放在尾部，整艘船得有效馬力較小，對(duì)三體船阻力性能有利；所以在建造實(shí)船時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的航速來(lái)選擇側(cè)體的前后位置。吃水相同，側(cè)體間距相同，比較側(cè)體中部、尾部情況。側(cè)體在尾部的阻力變化情況要比在中部阻力情況好。當(dāng)傅汝德數(shù)Fr>0.5時(shí)，由試驗(yàn)圖片以及阻力曲線(xiàn)可以看出，側(cè)體處于舯前位置時(shí)，剩余阻力系數(shù)是幾個(gè)試驗(yàn)位置中最小的，剩余阻力系數(shù)隨著側(cè)體位置的后移是不斷升高的。因此，當(dāng)Fr>0.5時(shí)，將側(cè)體設(shè)置在船舯靠前的位置，能夠有效地降低三體船的剩余阻力。

對(duì)比了兩種不同側(cè)體分布下，側(cè)體與主體之間夾角變化的阻力系數(shù)曲線(xiàn)后，我們不難發(fā)現(xiàn)，除去一些微小的誤差，三種角度下剩余阻力系數(shù)的變化趨勢(shì)基本相同，在圖5中，側(cè)體與主體有夾角時(shí)的阻力總體大于平行時(shí)，而在圖6情況下，當(dāng)Fr小于0.42時(shí)，斜側(cè)體對(duì)模型產(chǎn)生有利影響，剩余阻力小于側(cè)體平行時(shí)，而隨著速度的增加，斜側(cè)體阻力逐漸增加超過(guò)了平行側(cè)體情況。這種現(xiàn)象受興波波峰波谷干擾還有待進(jìn)一步研究。

結(jié)語(yǔ)

低速時(shí)，三體船興波干擾與側(cè)船體位置參數(shù)的依賴(lài)關(guān)系相對(duì)復(fù)雜，在比較大的片體位置參數(shù)范圍內(nèi)，沒(méi)有明顯的規(guī)律可尋，且剩余阻力系數(shù)的變動(dòng)范圍很大。

高速時(shí)，側(cè)體縱向位置變化對(duì)三體船阻力性能的影響較大，而在縱向位置保持不變時(shí)，側(cè)體橫向位置的變化對(duì)三體船總阻力的影響較小。而且難以得出不同速度時(shí)阻力性能都十分理想的側(cè)體布局。對(duì)于相同的側(cè)體橫向位置，在較高速度段側(cè)體縱向向后布置對(duì)三體船阻力性能更有利，而在速度相對(duì)較低的某一速度段內(nèi)，側(cè)體縱向位置向前布置對(duì)三體船阻力性能更有利?？傮w來(lái)說(shuō)，在較高Fr數(shù)時(shí)，側(cè)體縱向靠后、橫向靠中的布置興波干擾較小，阻力性能較好。

（作者單位：安徽省皖江船舶檢驗(yàn)局）

摘 要：介紹了高速排水型三體船模型靜水阻力試驗(yàn)。在傅汝德數(shù)0.3～0.8范圍內(nèi)進(jìn)行了系列試驗(yàn)?；谌w船船模系列阻力試驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)研究了側(cè)體位置對(duì)三體船阻力的影響。希望得到三體船側(cè)體布局優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：三體船 阻力試驗(yàn) 船模試驗(yàn) 側(cè)體布局

近年來(lái)，三體船作為一種高性能船型引起了造船界以及各國(guó)海軍越來(lái)越多的關(guān)注。三體船的形式多種多樣，一般來(lái)說(shuō)，典型的三體船水下部分由中間主體和對(duì)稱(chēng)布置于兩側(cè)的側(cè)體共3個(gè)細(xì)長(zhǎng)片體組成，中間主體長(zhǎng)寬比大約在12～18之間，側(cè)體長(zhǎng)寬比一般大于20，主體排水量占總排水量的85% ～95%。這種船型比常規(guī)的單體船或雙體船在相同排水量情況下可減小10%～20%的有效功率。但是，由于細(xì)長(zhǎng)型船體的空船重量，特別是船體結(jié)構(gòu)重量相對(duì)常規(guī)船型會(huì)有較多增加，故有效載荷將減少。由于其船型構(gòu)造特點(diǎn)，該船型在快速性、耐波性、總布置以及隱形性能諸方面較高速單體船和雙體船有較大優(yōu)勢(shì)。特別在利用片體合理布局產(chǎn)生水動(dòng)力有益干擾以降阻增速，避免雙體船的“扭搖”與“急搖”，減小縱搖、升沉，以及水下船體聲學(xué)隱形、上層建筑光學(xué)隱形等方面，高速三體船具有突出的優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)文獻(xiàn)表明，側(cè)體布置位置對(duì)三體船的阻力性能影響較大，在航行時(shí)主、側(cè)體之間產(chǎn)生相互干擾，如果側(cè)體位置適當(dāng)，可以降低阻力。結(jié)合三體船的阻力性能來(lái)研究側(cè)體布局是三體船船型優(yōu)化的重要內(nèi)容之一。

由于多體船濕表面積相對(duì)單體船的增加，摩擦阻力增大，低速時(shí)阻力性能較差，而高速時(shí)側(cè)體和主體間的干擾成為影響多體船阻力的重要因素。本文研究側(cè)體不同縱橫向位置時(shí)對(duì)三體船的阻力影響規(guī)律，得出隨航速不同側(cè)體布局的基本規(guī)律。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

具體試驗(yàn)時(shí)三體船船模的布局如圖1所示。

船體模型主尺度如下，取縮尺比為60：

側(cè)體的縱向布置位置對(duì)阻力的影響程度比橫向位置顯著，當(dāng)側(cè)體在一定的縱向位置時(shí)，橫向位置的改變對(duì)阻力的影響不大；為了證明這一點(diǎn)，我們研究了側(cè)體在兩個(gè)橫向位置下，隨著縱向位置的改變剩余阻力的變化。而且，大多文獻(xiàn)所得出的結(jié)論是：當(dāng)傅汝德數(shù)較高時(shí)，側(cè)體的縱向位置是在船舯靠后位置更為有利；為了考察這一點(diǎn)，我們?cè)诖币院蟮奈恢眠x取了較密的試驗(yàn)點(diǎn)。與以往三體船實(shí)驗(yàn)不同，本次試驗(yàn)我們多引進(jìn)了一個(gè)參數(shù)θ，表示側(cè)體中縱剖面與主體中縱剖面的夾角，以研究斜側(cè)體阻力情況.最終我們制定了這樣的試驗(yàn)方案：

模型材料為木制，表面經(jīng)油漆達(dá)到平順光滑，未裝附體。試驗(yàn)是在江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院的船模拖曳水池中完成的。拖曳水池長(zhǎng)100 m，寬6 m，水深2 m。大型拖車(chē)，最高車(chē)速6 m/s。船模阻力Rm由阻力儀測(cè)得，本次實(shí)驗(yàn)采用電測(cè)式阻力儀，阻力儀安裝在拖車(chē)上，拖線(xiàn)經(jīng)導(dǎo)輪與阻力儀連接。下端連接拖線(xiàn)帶動(dòng)船模前進(jìn)。按事先擬定的試驗(yàn)速度啟動(dòng)拖車(chē)，待拖車(chē)到達(dá)穩(wěn)速狀態(tài)后釋放船模制動(dòng)器，開(kāi)始測(cè)定阻力和相應(yīng)的航模速度。在測(cè)量已經(jīng)完成時(shí)停止記錄，制動(dòng)船模，再使拖車(chē)減速直到停止。然后以低速將拖車(chē)退回到試驗(yàn)起始位置，等待水面平靜后再作下次試驗(yàn)。記錄水池水溫。模型阻力曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。并按照傅汝德法進(jìn)行了阻力系數(shù)計(jì)算。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)直接得到的數(shù)據(jù)是船模在各個(gè)位置不同航速下的總阻力，為了便于比較興波阻力之間的關(guān)系，本文通過(guò)一些變換得到各個(gè)位置下的剩余阻力系數(shù)。下面將剩余阻力系數(shù)換算的過(guò)程介紹一下。

首先，我們利用光滑平板摩擦阻力公式（如下）計(jì)算出摩擦阻力系數(shù)。這里選取粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)△Cf=0.0004。

式中，Cf為摩擦阻力系數(shù)，Re為雷諾數(shù)，u為船模航速（m/s），L為船長(zhǎng)（m），ν為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（m2/s）。

但由于船模的主體和側(cè)體的雷諾數(shù)相差很大，所以我們需要對(duì)三體船的主體、側(cè)體的雷諾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算。然后再由公式

分別計(jì)算出主側(cè)體的摩擦阻力，將三個(gè)片體的摩擦阻力疊加在一起即得到三體船總的摩擦阻力。再將總阻力除去總摩擦阻力后即為三體船剩余阻力，由公式

式中，Rr為船模的剩余阻力（N），ρ為水的密度（1000kg/m3），u為船模的航速（m/s），S為船模的濕表面積（m2）。

2、試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)換算，最終所得各位置下剩余阻力系數(shù)及換算成實(shí)船后有效馬力曲線(xiàn)如圖1所示。

下面把剩余阻力系數(shù)曲線(xiàn)圖分成不同的傅汝德數(shù)區(qū)間分別進(jìn)行討論。

再根據(jù)側(cè)體縱、橫向位置的變化，來(lái)考察三體船的阻力性能，分析在不同航速段下側(cè)體和主體有利干擾或干擾較小情況下側(cè)體的縱向布置規(guī)律和橫向布置規(guī)律。另外又根據(jù)不同航速考察了側(cè)體和主體干擾阻力隨不同縱橫向位置的等值分布情況。根據(jù)總體布置等方面初步確定了各三體船的不同縱橫向位置組合方案，理論計(jì)算結(jié)合模型試驗(yàn)考察了不同三體船各個(gè)方案的阻力性能。

在傅汝德數(shù)小于0.3時(shí)，側(cè)體設(shè)置在船舯位置，能夠?qū)εd波阻力產(chǎn)生比較明顯的有利干擾，使得剩余阻力系數(shù)比其他位置處小很多；在Fr=0.40～0.50區(qū)間內(nèi)時(shí)，側(cè)體放在尾部，整艘船得有效馬力較小，對(duì)三體船阻力性能有利；所以在建造實(shí)船時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的航速來(lái)選擇側(cè)體的前后位置。吃水相同，側(cè)體間距相同，比較側(cè)體中部、尾部情況。側(cè)體在尾部的阻力變化情況要比在中部阻力情況好。當(dāng)傅汝德數(shù)Fr>0.5時(shí)，由試驗(yàn)圖片以及阻力曲線(xiàn)可以看出，側(cè)體處于舯前位置時(shí)，剩余阻力系數(shù)是幾個(gè)試驗(yàn)位置中最小的，剩余阻力系數(shù)隨著側(cè)體位置的后移是不斷升高的。因此，當(dāng)Fr>0.5時(shí)，將側(cè)體設(shè)置在船舯靠前的位置，能夠有效地降低三體船的剩余阻力。

對(duì)比了兩種不同側(cè)體分布下，側(cè)體與主體之間夾角變化的阻力系數(shù)曲線(xiàn)后，我們不難發(fā)現(xiàn)，除去一些微小的誤差，三種角度下剩余阻力系數(shù)的變化趨勢(shì)基本相同，在圖5中，側(cè)體與主體有夾角時(shí)的阻力總體大于平行時(shí)，而在圖6情況下，當(dāng)Fr小于0.42時(shí)，斜側(cè)體對(duì)模型產(chǎn)生有利影響，剩余阻力小于側(cè)體平行時(shí)，而隨著速度的增加，斜側(cè)體阻力逐漸增加超過(guò)了平行側(cè)體情況。這種現(xiàn)象受興波波峰波谷干擾還有待進(jìn)一步研究。

結(jié)語(yǔ)

低速時(shí)，三體船興波干擾與側(cè)船體位置參數(shù)的依賴(lài)關(guān)系相對(duì)復(fù)雜，在比較大的片體位置參數(shù)范圍內(nèi)，沒(méi)有明顯的規(guī)律可尋，且剩余阻力系數(shù)的變動(dòng)范圍很大。

高速時(shí)，側(cè)體縱向位置變化對(duì)三體船阻力性能的影響較大，而在縱向位置保持不變時(shí)，側(cè)體橫向位置的變化對(duì)三體船總阻力的影響較小。而且難以得出不同速度時(shí)阻力性能都十分理想的側(cè)體布局。對(duì)于相同的側(cè)體橫向位置，在較高速度段側(cè)體縱向向后布置對(duì)三體船阻力性能更有利，而在速度相對(duì)較低的某一速度段內(nèi)，側(cè)體縱向位置向前布置對(duì)三體船阻力性能更有利。總體來(lái)說(shuō)，在較高Fr數(shù)時(shí)，側(cè)體縱向靠后、橫向靠中的布置興波干擾較小，阻力性能較好。

（作者單位：安徽省皖江船舶檢驗(yàn)局）

摘 要：介紹了高速排水型三體船模型靜水阻力試驗(yàn)。在傅汝德數(shù)0.3～0.8范圍內(nèi)進(jìn)行了系列試驗(yàn)。基于三體船船模系列阻力試驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)研究了側(cè)體位置對(duì)三體船阻力的影響。希望得到三體船側(cè)體布局優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：三體船 阻力試驗(yàn) 船模試驗(yàn) 側(cè)體布局

近年來(lái)，三體船作為一種高性能船型引起了造船界以及各國(guó)海軍越來(lái)越多的關(guān)注。三體船的形式多種多樣，一般來(lái)說(shuō)，典型的三體船水下部分由中間主體和對(duì)稱(chēng)布置于兩側(cè)的側(cè)體共3個(gè)細(xì)長(zhǎng)片體組成，中間主體長(zhǎng)寬比大約在12～18之間，側(cè)體長(zhǎng)寬比一般大于20，主體排水量占總排水量的85% ～95%。這種船型比常規(guī)的單體船或雙體船在相同排水量情況下可減小10%～20%的有效功率。但是，由于細(xì)長(zhǎng)型船體的空船重量，特別是船體結(jié)構(gòu)重量相對(duì)常規(guī)船型會(huì)有較多增加，故有效載荷將減少。由于其船型構(gòu)造特點(diǎn)，該船型在快速性、耐波性、總布置以及隱形性能諸方面較高速單體船和雙體船有較大優(yōu)勢(shì)。特別在利用片體合理布局產(chǎn)生水動(dòng)力有益干擾以降阻增速，避免雙體船的“扭搖”與“急搖”，減小縱搖、升沉，以及水下船體聲學(xué)隱形、上層建筑光學(xué)隱形等方面，高速三體船具有突出的優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)文獻(xiàn)表明，側(cè)體布置位置對(duì)三體船的阻力性能影響較大，在航行時(shí)主、側(cè)體之間產(chǎn)生相互干擾，如果側(cè)體位置適當(dāng)，可以降低阻力。結(jié)合三體船的阻力性能來(lái)研究側(cè)體布局是三體船船型優(yōu)化的重要內(nèi)容之一。

由于多體船濕表面積相對(duì)單體船的增加，摩擦阻力增大，低速時(shí)阻力性能較差，而高速時(shí)側(cè)體和主體間的干擾成為影響多體船阻力的重要因素。本文研究側(cè)體不同縱橫向位置時(shí)對(duì)三體船的阻力影響規(guī)律，得出隨航速不同側(cè)體布局的基本規(guī)律。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

具體試驗(yàn)時(shí)三體船船模的布局如圖1所示。

船體模型主尺度如下，取縮尺比為60：

側(cè)體的縱向布置位置對(duì)阻力的影響程度比橫向位置顯著，當(dāng)側(cè)體在一定的縱向位置時(shí)，橫向位置的改變對(duì)阻力的影響不大；為了證明這一點(diǎn)，我們研究了側(cè)體在兩個(gè)橫向位置下，隨著縱向位置的改變剩余阻力的變化。而且，大多文獻(xiàn)所得出的結(jié)論是：當(dāng)傅汝德數(shù)較高時(shí)，側(cè)體的縱向位置是在船舯靠后位置更為有利；為了考察這一點(diǎn)，我們?cè)诖币院蟮奈恢眠x取了較密的試驗(yàn)點(diǎn)。與以往三體船實(shí)驗(yàn)不同，本次試驗(yàn)我們多引進(jìn)了一個(gè)參數(shù)θ，表示側(cè)體中縱剖面與主體中縱剖面的夾角，以研究斜側(cè)體阻力情況.最終我們制定了這樣的試驗(yàn)方案：

模型材料為木制，表面經(jīng)油漆達(dá)到平順光滑，未裝附體。試驗(yàn)是在江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院的船模拖曳水池中完成的。拖曳水池長(zhǎng)100 m，寬6 m，水深2 m。大型拖車(chē)，最高車(chē)速6 m/s。船模阻力Rm由阻力儀測(cè)得，本次實(shí)驗(yàn)采用電測(cè)式阻力儀，阻力儀安裝在拖車(chē)上，拖線(xiàn)經(jīng)導(dǎo)輪與阻力儀連接。下端連接拖線(xiàn)帶動(dòng)船模前進(jìn)。按事先擬定的試驗(yàn)速度啟動(dòng)拖車(chē)，待拖車(chē)到達(dá)穩(wěn)速狀態(tài)后釋放船模制動(dòng)器，開(kāi)始測(cè)定阻力和相應(yīng)的航模速度。在測(cè)量已經(jīng)完成時(shí)停止記錄，制動(dòng)船模，再使拖車(chē)減速直到停止。然后以低速將拖車(chē)退回到試驗(yàn)起始位置，等待水面平靜后再作下次試驗(yàn)。記錄水池水溫。模型阻力曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。并按照傅汝德法進(jìn)行了阻力系數(shù)計(jì)算。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)直接得到的數(shù)據(jù)是船模在各個(gè)位置不同航速下的總阻力，為了便于比較興波阻力之間的關(guān)系，本文通過(guò)一些變換得到各個(gè)位置下的剩余阻力系數(shù)。下面將剩余阻力系數(shù)換算的過(guò)程介紹一下。

首先，我們利用光滑平板摩擦阻力公式（如下）計(jì)算出摩擦阻力系數(shù)。這里選取粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)△Cf=0.0004。

式中，Cf為摩擦阻力系數(shù)，Re為雷諾數(shù)，u為船模航速（m/s），L為船長(zhǎng)（m），ν為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（m2/s）。

但由于船模的主體和側(cè)體的雷諾數(shù)相差很大，所以我們需要對(duì)三體船的主體、側(cè)體的雷諾數(shù)和摩擦阻力系數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算。然后再由公式

分別計(jì)算出主側(cè)體的摩擦阻力，將三個(gè)片體的摩擦阻力疊加在一起即得到三體船總的摩擦阻力。再將總阻力除去總摩擦阻力后即為三體船剩余阻力，由公式

式中，Rr為船模的剩余阻力（N），ρ為水的密度（1000kg/m3），u為船模的航速（m/s），S為船模的濕表面積（m2）。

2、試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)換算，最終所得各位置下剩余阻力系數(shù)及換算成實(shí)船后有效馬力曲線(xiàn)如圖1所示。

下面把剩余阻力系數(shù)曲線(xiàn)圖分成不同的傅汝德數(shù)區(qū)間分別進(jìn)行討論。

再根據(jù)側(cè)體縱、橫向位置的變化，來(lái)考察三體船的阻力性能，分析在不同航速段下側(cè)體和主體有利干擾或干擾較小情況下側(cè)體的縱向布置規(guī)律和橫向布置規(guī)律。另外又根據(jù)不同航速考察了側(cè)體和主體干擾阻力隨不同縱橫向位置的等值分布情況。根據(jù)總體布置等方面初步確定了各三體船的不同縱橫向位置組合方案，理論計(jì)算結(jié)合模型試驗(yàn)考察了不同三體船各個(gè)方案的阻力性能。

在傅汝德數(shù)小于0.3時(shí)，側(cè)體設(shè)置在船舯位置，能夠?qū)εd波阻力產(chǎn)生比較明顯的有利干擾，使得剩余阻力系數(shù)比其他位置處小很多；在Fr=0.40～0.50區(qū)間內(nèi)時(shí)，側(cè)體放在尾部，整艘船得有效馬力較小，對(duì)三體船阻力性能有利；所以在建造實(shí)船時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的航速來(lái)選擇側(cè)體的前后位置。吃水相同，側(cè)體間距相同，比較側(cè)體中部、尾部情況。側(cè)體在尾部的阻力變化情況要比在中部阻力情況好。當(dāng)傅汝德數(shù)Fr>0.5時(shí)，由試驗(yàn)圖片以及阻力曲線(xiàn)可以看出，側(cè)體處于舯前位置時(shí)，剩余阻力系數(shù)是幾個(gè)試驗(yàn)位置中最小的，剩余阻力系數(shù)隨著側(cè)體位置的后移是不斷升高的。因此，當(dāng)Fr>0.5時(shí)，將側(cè)體設(shè)置在船舯靠前的位置，能夠有效地降低三體船的剩余阻力。

對(duì)比了兩種不同側(cè)體分布下，側(cè)體與主體之間夾角變化的阻力系數(shù)曲線(xiàn)后，我們不難發(fā)現(xiàn)，除去一些微小的誤差，三種角度下剩余阻力系數(shù)的變化趨勢(shì)基本相同，在圖5中，側(cè)體與主體有夾角時(shí)的阻力總體大于平行時(shí)，而在圖6情況下，當(dāng)Fr小于0.42時(shí)，斜側(cè)體對(duì)模型產(chǎn)生有利影響，剩余阻力小于側(cè)體平行時(shí)，而隨著速度的增加，斜側(cè)體阻力逐漸增加超過(guò)了平行側(cè)體情況。這種現(xiàn)象受興波波峰波谷干擾還有待進(jìn)一步研究。

結(jié)語(yǔ)

低速時(shí)，三體船興波干擾與側(cè)船體位置參數(shù)的依賴(lài)關(guān)系相對(duì)復(fù)雜，在比較大的片體位置參數(shù)范圍內(nèi)，沒(méi)有明顯的規(guī)律可尋，且剩余阻力系數(shù)的變動(dòng)范圍很大。

高速時(shí)，側(cè)體縱向位置變化對(duì)三體船阻力性能的影響較大，而在縱向位置保持不變時(shí)，側(cè)體橫向位置的變化對(duì)三體船總阻力的影響較小。而且難以得出不同速度時(shí)阻力性能都十分理想的側(cè)體布局。對(duì)于相同的側(cè)體橫向位置，在較高速度段側(cè)體縱向向后布置對(duì)三體船阻力性能更有利，而在速度相對(duì)較低的某一速度段內(nèi)，側(cè)體縱向位置向前布置對(duì)三體船阻力性能更有利?？傮w來(lái)說(shuō)，在較高Fr數(shù)時(shí)，側(cè)體縱向靠后、橫向靠中的布置興波干擾較小，阻力性能較好。

（作者單位：安徽省皖江船舶檢驗(yàn)局）