阻力与推进复习题

1. 粘性阻力通常包括（A）

A．摩擦阻力和粘压阻力           B．兴波阻力和粘压阻力 

C．破波阻力和波形阻力           D．摩擦阻力和压差阻力

2. 附加阻力包括（B  ）

A．兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力    B．空气阻力、附体阻力和汹涛阻力

C．空气阻力和附体阻力              D．空气阻力、附体阻力和破波阻力

3. 模试验时安装激流丝，其作用在于（C  ）                     

   A．增加表面粗糙度   B．计量水位    C．消除船模首部层流影响     D．固定仪器

4. 在进行螺旋桨模型敞水试验时通常只满足进速系数相等；在空泡试验时需满足（ C ）

A．Fr、J相等        B．σ、ξ相等        C．σ、J相等        D．J、σ相等

5. 螺旋桨工作时，桨叶所受的应力最大处为（ B ）

A．叶梢            B．根部             C．0.6R处            D．0.25R处

6. 船模阻力试验前要安装人工激流装置，一般用mm细金属丝缚在船模上，使其在细金属丝以后的边界层中产生紊流，该金属丝应装在船模的（ A ）。

A．9.5站        B．9.75站       C．9.25站        D．9站

7. 兴波干扰为（ A ）和（  ）之间的干扰。

A．首横波  尾横波       B．首横波  尾散波

C．首散波  尾横波       D．首散波  尾散波

8. 以下关于降低粘压阻力的船型要求说法，错误的是（D  ）

A．去流段长度满足        B．后体收缩要缓和

C．适当注意前体线型                    D．避免船体曲率变化过小

9. （M）AU型螺旋桨是一种（ B ）

A．变螺距螺旋桨                        B．等螺距螺旋桨     

C．可调螺距螺旋桨                      D．特殊螺距螺旋桨

10. 伴流按产生原因来分类，由于船身周围的流线运动而产生的是（A  ）

A．势伴流      B．摩擦伴流   C．波浪伴流    D．平均伴流

11. 某船的船后平均伴流分数为0.18，推力减额分数为0.15，则该船的船身效率为（D  ）

A．0.96        B．1.0         C．1.02         D．1.04

12. 破波阻力产生的条件是（ C ）

A．船型削瘦                         B．船型丰满 

C．必须存在自由表面                 D．船舶航行速度大于20kn

13. 螺旋桨模型的敞水试验中，理论上要求桨模与实桨之间满足的条件为（ D ）

A．傅汝德数相等          B．雷诺数相等   

C．进速系数相等          D．雷诺数和进速系数均相等

14. 在一定时，排水量长度系数增大，将使总阻力（D  ）

A．不变        B．减小       C．增大        D．不定

15. 叶背上切面最大厚度处所产生的空泡为（  B）

A．涡空泡     B．泡状空泡    C．片状空泡    D．云雾状空泡

16. MAUw型螺旋桨与其原型AU型螺旋桨相比，其不同之处在于（ D ）

A．减小了导缘的高度   B．增加了拱度   C．尾部上翘无   D．以上答案都正确

17. 桨叶某点B处发生空泡的条件是该处（ A ）

A．ξ≥ σ       B．ξ<σ       C．Po ≥ Pb       D．Po < Pb 

18. 剩余阻力通常包含（  B   ）

A．摩擦阻力和粘压阻力         B．兴波阻力和粘压阻力

C．破波阻力和波形阻力         D．摩擦阻力和压差阻力

19. 假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。通常称为（ D ）

A．雷诺定律      B．傅汝德定律    C．傅汝德假定    D．平板假定

20. 由于兴波干扰作用，兴波阻力曲线上会出现（ B ）                    

  A．首波系和尾波系            B．波阻谷点和波阻峰点

C．横波系、散波系            D．基元波、叠加波   

21. 某内河船船长Lwl=60m，航速Vs=18km/h，ν=1.13902/106(m2/s),采用 1957ITTC公式计算得摩擦阻力系数等于（ A ）

   A．2.634×108       B．2.9×108       C．3.1×108     D．2.4×108

22. 粗糙度补贴系数，其作用在于（ C ）

A．增加表面粗糙度 

B．减小表面粗糙度

C．计及表面粗糙度对摩擦阻力的影响

D．计算船体表面粗糙程度

23. 某固定螺距螺旋桨经强度规范校核得：t0.25R=180mm; t0.6R=90mm;如果t1.0R=18mm;桨叶厚度采用线性分布方式,那么0.5R处桨叶厚度取（B  ）

A．90mm      B．126mm     C．102mm    D．134mm

24. 某船采用AU型4叶螺旋桨,毂径比等于0.178,试问:螺旋桨的螺距修正值是（ B ）

A．大于零    B．小于零    C．等于零    D．不小于零

25. 已知螺旋桨的直径为6米，该桨的盘面积等于（C  ）

A．30.213m2    B．26.312m2   C．28.274m2    D．29.367m2

26. 一般来说，螺旋桨的直径(  D  )，转速(     )则效率越高。

A．小、低        B．大、高        C．小、高        D．大、低

27. 关于螺旋桨各种效率问题，正确的是（ C ）

A．理想推进器效率ηiA可以等于1       B．ηi=ηO 

C．ηHηR可能大于1                   D．各类效率均不可能大于1

28. 船模阻力试验是将实船按一定缩尺比制成几何相似的船模，在船池中拖曳以测得船模阻力与速度之间的关系，应满足的条件是（  ）

A．Re相等      B．Fr相等      C．Re和Fr相等      D．无条件

29. 目前对于船体表面粗糙度的处理采用粗糙度补贴系数，对于一般船舶，我国取为（  ）

A．    B．    C．    D． 

30.（M）AU型螺旋桨叶切面形状为（  ）                                                                   

   A．机翼型切面   B．弓形切面     C．梭形切面     D．月牙形切面

31. 兴波阻力正比于速度的（  ）

   A．3次方        B．4次方        C．5次方        D．6次方

32. 桨毂直径是指（  ）

A．辐射参考线与桨毂表面相交处的毂径

B．辐射参考线与桨轴线相交处的毂径

C．辐射参考线与桨叶桨毂相贯线相交处的毂径

D．辐射参考线与桨叶相交处的毂径

33. 螺旋桨在不产生推力时旋转一周所前进的距离称为（  ）

A．等螺距      B．变螺距     C．无转矩螺距    D．实效螺距

34. 下列不一定介于[0，1]之间的效率是（  ）

A．    B．    C．    D． 

35. 螺旋桨进速与船速V的关系为（  ）

A．    B．   C．    D．不确定

二、判断改错题（每小题2分）

1. 船体阻力按产生阻力的物理现象分为剩余阻力、粘压阻力和兴波阻力。×

改：船体阻力按产生阻力的物理现象分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力。

2. 当两条形似船雷诺数相等时，粘性阻力系数必相等。 √

3. 船体粘压阻力的大小主要是和船型有关系。√

4. 螺旋桨敞水试验的相似条件为进速系数相等。√

5. 推力减额分数小于等于1。   √

6. 螺旋桨的相对旋转效率可以大于1。√

7. 设计螺旋桨时，需要留有功率储备。√

8. 空泡有汽化空泡、气化空泡和似是空泡之分。√

9. 形似船在相应速度时（或相同傅汝德数时），单位排水量兴波阻力必相等。√

10. 形似船是指仅大小不同，而形状完全相似的船舶之间的统称。√

11. 船行波的波速等于船速。  √

12. 螺旋桨性能预报及设计中，通常可以不考虑伴流的径向分量。 √

13. 推力减额的尺度效应可以忽略。   √

14. 进速及转速一定时，同一螺旋桨的敞水效率船身效率相等。×

改：进速及转速一定时，同一螺旋桨的敞水效率船身效率不相等。

15. 空泡产生的条件是或。 ×

改：空泡产生的条件是或

16. 兴波长度是船首横波的第一个波峰和船尾横波的第一个波谷之间的距离。×

改：兴波长度是船首横波的第一个波峰和船尾横波的第一个波峰之间的距离

17. 边界层内存在层流和紊流两种流动状态。√

18. 船体对螺旋桨的影响是伴流，螺旋桨对船体的影响是推力减额。√

19. 边界层内存在层流和紊流两种流动状态。√

20. 船体对螺旋桨的影响是推力减额，螺旋桨对船体的影响是伴流。×

改：船体对螺旋桨的影响是伴流，螺旋桨对船体的影响是推力减额。

21. 海军系数法要求母型船与设计船的主尺度比、船型系数、型线的形状、相应速度应不接近。×

改：海军系数法要求母型船与设计船的主尺度比、船型系数、型线的形状、相应速度应接近。

22. 理想螺旋桨的效率低于理想推进器的效率。√

23. 在均匀流场中不产生空泡的螺旋桨，在船后伴流中也不产生空泡。×

改：在均匀流场中不产生空泡的螺旋桨，在船后伴流中产生空泡。

24. 实际船模阻力试验时是满足的全相似定律。 ×

改：实际船模阻力试验时是满足的傅汝德相似定律。

25. 兴波长度是船首横波的第一个波谷和船尾横波的第一个波谷之间的距离。√

26. MAU5-40的AE/A0是0.6。×

改：MAU5-40的AE/A0是0.4。

27. 附加阻力包括空气阻力、附体阻力和粘压阻力。 ×

改：附加阻力包括空气阻力、附体阻力和汹涛阻力。

28. 海军系数法要求母型船与设计船的主尺度比、船型系数比较接近。×

改：海军系数法要求母型船与设计船的主尺度比、船型系数、型线的形状、相应速度应比较接近。

29. 螺旋桨由桨叶、桨毂和桨轴构成。×

改：螺旋桨由桨叶和桨毂构成。

30. 空泡有汽化空泡、气化空泡和似是空泡之分。√

31. 当两条形似船雷诺数相等时，粘性阻力系数不一定相等。× 

改：当两条形似船雷诺数相等时，粘性阻力系数必相等。

32. 方形系数增加，船舶总阻力减小。×   

改：方形系数增加，船舶总阻力增加。

33.海军系数与排水量的2/3次方成反比。×        

改：海军系数与排水量的2/3次方成正比。

34. 船体粘压阻力的大小主要是和航速有关系。× 

改：船体粘压阻力的大小主要是和船型有关系。

35. 螺旋桨敞水试验的相似条件为傅汝德数相等。 ×       

改：螺旋桨敞水试验的相似条件为进速系数相等。

36. 推力减额分数大于1。×   

改：推力减额分数小于1。

37. 螺旋桨的相对旋转效率不可以大于1。×                          

改：螺旋桨的相对旋转效率可以大于1。

38. 设计螺旋桨时，不需要留有功率储备。×                       

改：设计螺旋桨时，需要留有功率储备。

39. 空泡有汽化空泡、气化空泡和似是空泡之分。√  

40. 形似船在相应速度时（或相同傅汝德数时），单位排水量兴波阻力不相等。×

改： 形似船在相应速度时（或相同傅汝德数时），单位排水量兴波阻力必相等。

41. 形似船是指仅大小相同，形状完全相似的船舶之间的统称。 ×

改：形似船是指仅大小不同，而形状完全相似的船舶之间的统称。

42. 船行波的波速不等于船速。 ×

改：船行波的波速等于船速。

43. 棱形系数增加，船的总阻力不一定增加。×

改：棱形系数增加，船的总阻力也增加。

44. 海军系数与速度的三次方成反比。×

改：海军系数与速度的三次方成正比。

45. 螺旋桨性能预报及设计中，通常考虑伴流的径向分量。×

改：螺旋桨性能预报及设计中，通常可以不考虑伴流的径向分量。

46. 推力减额的尺度效应不可以忽略。×

改：推力减额的尺度效应可以忽略。

47. 进速及转速一定时，同一螺旋桨的敞水效率船身效率不相等。 √

48. 实际船模阻力试验时是满足的傅汝德相似定律。 √

49. 船体阻力按产生阻力的物理现象分为摩擦阻力、粘压阻力和剩余阻力。×

改：船体阻力按产生阻力的物理现象分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力。

50. 船体对螺旋桨的影响是推力减额，螺旋桨对船体的影响是伴流。×

改：船体对螺旋桨的影响是伴流，螺旋桨对船体的影响是推力减额。

51. 海军系数法要求母型船与设计船的主尺度比、船型系数、型线的形状、相应速度应不接近。×

改：海军系数法要求母型船与设计船的主尺度比、船型系数、型线的形状、相应速度应接近。

52. 理想螺旋桨的效率高于理想推进器的效率。×

改：理想螺旋桨的效率低于理想推进器的效率。

三、名词解释（每小题 3 分）

1. 汹涛阻力:是指船舶在风浪中航行时所增加的阻力部分

2. 变螺距螺旋桨:变螺距螺旋桨是指螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等的螺旋桨

3. 滑脱、滑脱比:滑脱是指螺旋桨螺距和进程之差。滑脱比是指滑脱与螺距之比。

4. 推进器载荷系数:是指推进器单位面积上产生的推力与动压力之比。

5. 傅汝德定律:对于给定船型的兴波阻力系数仅是傅汝德数Fr的函数，当两形似船的Fr相等时，兴波阻力系数Cw必相等。

6. 粘压阻力:由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力。（或由粘性消耗水质点的动能形成首尾压力差而产生的阻力称为粘压阻力）。

7. 形似船和相应速度:形似船是指仅大小不同形状完全相似（即几何相似）的船舶之间的统称。相应速度是指形似船之间，为了保持傅汝德数Fr相同，则它们的速度必须满足一定的对应关系。

8. 雷诺定律:对一定形状的物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关，当雷诺数相同时，两形似物体的粘性阻力系数必相等。

9. 相当平板假定:实船或船模的摩擦阻力分别等于与其同速度、同长度、同湿表面积的光滑平板摩擦阻力。

10. 最佳船长:对于高速船，船长增大，总阻力减小相当显著；继续增加，总阻力的减小趋势减缓；进一步增大船长，总阻力反趋增大。对应于总阻力最低点的船长为最佳船长。

11. 伴流:船在水中以某一速度V向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，其表现为船体周围伴随着一股水流，这股水流称为伴流或迹流。

12. 最佳效率曲线:在设计图谱中，将各=常数时效率最高的点连成光滑的曲线，即得最佳效率曲线。

13. 空泡：螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降低到临界值

以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀，形成气泡，称为空泡。

14. 水动力性能：是指一定几何形体的螺旋桨在水中运动时所产生的推力、消耗的转矩和效率与其运动间的关系。

15. 螺旋桨系列：所谓螺旋桨系列是指一定类型的螺旋桨按一定的次序变更某些主要参数，以构成一个螺旋桨系列。

16. 附体阻力：船舶设计水线以下的附属体，如舭龙骨、舵、轴包架、轴和支轴架等，统称为船舶附体。由于附体的存在而产生的阻力成为附体阻力。

17. 形似船：形似船是指仅大小不同，而形状完全相似的船舶之间的统称。

18. 全相似定律：水面船舶的总阻力系数是雷诺数和傅汝德数的函数，若能使实船和船模的雷诺数和傅汝德数同时相等，就成为全相似。

19. 摩擦阻力：由水粘性引起的，船体周围形成边界层，使船运动时受到粘性切应力作用，其合力为摩擦阻力。

20. 兴波干扰：船舶首尾波系中的横波在船尾相遇而叠加，称兴波干扰。

21. 推进器：是指把发动机发出的功率转换为推船前进的动力的专门装置和机构。

22. 进速系数：螺旋桨进程与螺旋桨直径之比。

23. 推进系数：是指有效马力与机器马力之比。

24. 推进效率、推进系数：推进效率是指有效功率与推进器所收到的功率的比值。推进系数为有效功率和机器功率的比值。

25. 桨叶切面：与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为桨叶的切面。

26. 主机功率、传送效率：主机发出的功率称为主机功率；推进器收到的功率与主机功率的比值称为传送效率。

27. 空气阻力：船舶在航行过程中，船体水上部分所受到的阻力，其中包括由于风的作用而产生的阻力。

28. 临界雷诺数：临界雷诺数乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。

29. 敞水试验：螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验。

30. 敞水特性曲线：在螺旋桨模型的敞水试验中，将测量的进速、转速n及其对应的推力T及转矩Q按公式算出无因次系数J、、及。然后将计算结果以J为横坐标，、及为纵坐标绘制出的曲线为敞水特性曲线。

31. 局部粗糙度：局部粗糙度又称结构粗糙度，只要为焊缝、铆钉、开孔以及突出物等引起的粗糙度。

32. 进速系数：螺旋桨进程与螺旋桨直径之比。

33.船舶快速性：是指船舶在给定主机功率情况下，在一定装载时于水中航行得快慢问题。包括船舶阻力和船舶推进。

34. 叶面、叶背：由船尾后面向前看时所见到得螺旋桨桨叶得一面称为叶面，另一面称为叶背。

35. 叶根、叶梢：桨叶与毂连接处称为叶根，桨叶得外端称为叶梢。

36. 导边、随边：螺旋桨正在旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边。

37. 尺度效应：在应用试验方法研究船得快速性问题时，由于模型和实船之间的绝对尺度不同，且不

能同时满足所有的相关的动力相似定律，因而引起某些力、力矩或压力系数甚至流态等性能方面的差别，这种差别称为尺度效应。

四、简答题（每小题 5 分）

1. 简要概括破波阻力的特性。

答：（1）破波阻力产生的条件是必须存在自由表面，将同一船型对叠船模进行深水拖曳试

验并进行尾流测量，结果表明并不存在次尾涡区。             

（2）破波阻力随傅汝德数的增大而增加。                        

（3）对于同一丰满船型，在同样航速时，压载情况的破波阻力要比满载时的大。

2. 简要叙述三因次换算法的基本思想。

答：（1）粘压阻力与摩擦阻力合并为粘性阻力并与雷诺数有关；    

（2）兴波阻力与傅汝德数有关；                            

（3）根据船模实验结果，认为粘性阻力系数与摩擦阻力系数之比为一常数。

3. 简述减小摩擦阻力的方法。

答：（1）从船体设计本身来看。船型参数的选择，特别是船体主尺度的确定要恰当，另外

减少不必要的附件如呆木等或尽量采用表面积较小的附体亦可以减小摩擦阻力。

（2）由于船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响很大，因而在可能范围内使船体表面尽可能光滑，以期减小由表面粗糙度所增加的摩擦阻力。         

（3）控制边界层。将边界层内一部分流体进行抽吸，或自物体表面沿流动方向吹喷流体，达到减小摩擦阻力的目的。                           

（4）采用聚合物溶液降阻剂。在物体表面不断喷注稀释的聚合物溶液来减阻。                                                           

（5）改变与船体表面接触的流体。如水翼艇或气垫船在航行过程中都将船体抬出水面，从而使船体表面与空气接触。                          

4. 试述不同船型的兴波阻力系数曲线的差异。

答：不同船型的曲线的差异有：

（1）当时，无论是一般丰满船还是高速的瘦削船，都很小。说明低速时兴波阻力成分很小。                              

（2）在整个速度范围内，在相同时，较丰满船的比瘦削的高速船的均大，特别当增大时，两者的差异极为明显。               

（3）丰满船对应于较低的数，出现峰谷现象，而瘦削船仅在附近存在峰值区，当时，随增大而趋减小。    

5. 避免或减轻螺旋桨空泡发生的措施有哪些？

答：一般常采用下列措施：                                  

(1)从降低最大减压系数着手：

①增加螺旋桨的盘面比  ②采用弓型切面或压力分布较均匀的其他切面形式。③减小叶根附近切面的螺距。

（2）从提高螺旋桨的空泡数着手：

①在条件许可的情况下，尽量增加螺旋桨的浸没深度，以增大空泡数。

②减小螺旋桨转速。

（3）其他： 

①提高桨叶的加工精度，使表面光滑平整以避免水流的局部突变。

②改善船尾部分的形状与正确安装桨轴位置减小斜流及伴流不均匀性影响。

6. 简述减小常规船兴波阻力的方法。

答：（1）选择合理的船型参数。如应用P理论根据给定的航速，合理选取船长和棱形系数

避免处于波阻峰点，选取进流段长度以不致发生肩波不利干扰；    

（2）设计良好的首尾形状。尤其是首尾形状的改变对兴波阻力的影响有时极为显著；                                                            

（3）造成有利的波系干扰。最常见的是采用球鼻首；                  

（4）高速排水型艇安装消波水翼。                                  

7. 简述提高推进性能的基本作用原理。

答：（1）减小或消除船尾的水流分离，减小粘压阻力；                     

       （2）改善螺旋桨的进流，使桨之进流更均匀些，以改善船体与桨之间的匹配；

       （3）产生附加推力；                                             

       （4）使桨之进流预旋或消除桨后周向诱导速度，使螺旋桨尾流中原先所损失的旋转能量部分收回。

8. 简述进速系数J变化对螺旋桨性能的影响。

答：（1）当进速系数时，螺旋桨只旋转而不前进，升力将与推力重合，各叶元体具有最大的攻角，所以推力和转矩都达到最大值。                  

（2）当转速保持不变，随着的增加，攻角随之减小，从而推力和转矩也相应减小。当J增加到某一数值时，螺旋桨发出的推力为零，但叶元体仍遭受旋转阻力。此时螺旋桨旋转一周所前进的距离为无推力进程或实效螺距，用表示。 

（3）若J继续增至某一数值时，螺旋桨不遭受旋转阻力，此时螺旋桨产生负推力。螺旋桨不遭受旋转阻力时旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距，用表示。                                                      

对于一定的螺旋桨而言，。

9. 简要叙述采用泰洛法估算船舶阻力的步骤。

答：（1）计算设计船的船型参数；（2）确定湿面积系数；（3）计算摩擦阻力系数； （4）求剩余阻力系数；（5）计算总阻力和有效功率。        

10. 简要叙述延缓螺旋桨空泡发生的措施？

答：（1）降低最大减压系数，即：

①增加螺旋桨盘面比；                             

②采用弓型叶切面或压力分布较均匀的其他切面形式； 

③减小叶根附近叶切面的螺距；                     

（2）提高螺旋桨的空泡数，即：

①在条件许可的条件下，尽量增加螺旋桨的浸没深度； 

②减小螺旋桨转速。                               

11. 试说明肥大型船舶球鼻减阻机理。

答：满载时减小舭涡阻力，肥大型船首部旋涡——低压区，球首水流径向对流动，不产生旋涡；                                                     

压载时减小破波阻力，肥大型船破波情况比较严重——球鼻使首部型线向前延伸，改善首柱附近压力分布，减缓了首部破波情况。

12. 简要叙述傅汝德换算法。

答：由下列两部分构成：

（1）傅汝德假定：假定船体阻力可以分为的两部分，即：摩擦阻力和剩余阻力，摩擦阻力只与雷诺数有关，粘压阻力与兴波阻力合并为剩余阻力，只与傅汝德数有关，且适用比较定律；                                                   

假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。

（2）换算关系

Rts=Rfs+(Rtm-Rfm)                                          

13. 试说明叶元体第一阶段空泡和第二阶段空泡现象特征。

答：第一阶段空泡现象特征：局部空泡，对性能影响不明显，但可能产生剥蚀              

第二阶段空泡现象特征：全局性空泡，对性能影响明显，无剥蚀                      

14. 绘制船舶阻力分类图。

答： 

15. 绘制螺旋桨效率成分与马力关系的示意图。

答：

16. 在波浪中引起阻力增加的主要原因是什么？

答：（1）船体运动：船舶在波浪中航行时，将产生纵摇、升沉、横摇和摇首等各种运动，使阻力增加，航速降低。                                     

（2）船体对波浪的反射作用：由于波浪遇到船体后，被船体反射而产生发射水波，改水波的能量就是船体阻力增值的一部分。              

17. 简述减小摩擦阻力的方法。

答：对于常规船来说，减小兴波阻力的方法是设法减小其兴波幅值，从而使兴波阻力有所

减小。（1）选择合理的船型参数；（2）造成有利的波系干扰；（3）采用压浪板或压浪条等。                                          

    对于非常规船来说，要应用不同的设计概念减小兴波阻力。     

18. 简述螺旋桨终结设计计算步骤。

答：⑴ 确定若干V                                      

⑵ 计算进速VA                                  

⑶ 计算PD0.5   ;                                   

⑷ VA2.5                                          

⑸ 计算  BP0.5 ;                                          

⑹ 在相应图谱上,由BP0.5值与最佳效率曲线的交点读取:

   螺距比,敞水效率和直径系数                            

⑺ 计算直径                                           

⑻ 计算螺旋桨能克服的有效马力                         

⑼ 以V为横坐标，直径、主机马力、螺距比、敞水效率和有效马力为纵坐标，画出直径、计算所需的主机马力、螺距比、敞水效率、计算螺旋桨能克服的有效马力和有效马力的曲线，过计算螺旋桨能克服的有效马力和有效马力的曲线交点引与纵坐标平行的直线，从该直线与其它曲线的交点读取相应设计参数。     

19. 避免或减轻螺旋桨空泡发生的措施有哪些？

答：一般常采用下列措施：                                  

(1)从降低最大减压系数着手：

①增加螺旋桨的盘面比  ②采用弓型切面或压力分布较均匀的其他切面形式。③减小叶根附近切面的螺距。

（2）从提高螺旋桨的空泡数着手：

①在条件许可的情况下，尽量增加螺旋桨的浸没深度，以增大空泡数。

②减小螺旋桨转速。                               

（3）其他：

 ①提高桨叶的加工精度，使表面光滑平整以避免水流的局部突变。

②改善船尾部分的形状与正确安装桨轴位置减小斜流及伴流不均匀性影响。   

20. 简要叙述船体摩擦阻力的计算步骤。

答：（1）计算船的湿面积；                                         

   （2）计算雷诺数；                                             

   （3）根据光滑平板摩擦阻力公式计算出或由相应的表中查出摩擦阻力系数；

   （4）决定粗糙度补贴系数的数值；                                

   （5）根据公式算出船的摩擦阻力。       

21. 简述降低粘压阻力对船型的要求。

答：（1）应注意船的后体形状：去流段长度满足，对于低速肥大船型可允许满足，同时后体收缩要缓和；         （2）应避免船体曲率变化过大；              （3）前体线型亦应予以适当注意。  

22. 影响空气阻力的因素。

答：（1）与上层建筑的型式及其在船中横剖面上的投影面积有关；    

（2）与相对风向角有关；                                   

（3）空气阻力与相对速度的平方成正比关系。（2分）

23. 简要叙述采用艾亚法估算船舶阻力的步骤。

答：（1）由实际船舶的傅汝德数或其他的速长系数在曲线上查得相应于标准船型的C0值；                                                            

（2）根据傅汝德数查表得对应于标准船型的方形系数和纵向浮心位置；  

（3）对实船进行修正，其中包括方形系数修正、宽度吃水比修正、浮心位置修正和水线长度修正；                                                

（4）计算实际设计船的有效功率。

24. 简要叙述延缓螺旋桨空泡发生的措施？

答：（1）降低最大减压系数，即：

①增加螺旋桨盘面比；  ②采用弓型叶切面或压力分布较均匀的其他切面形式；             

③减小叶根附近叶切面的螺距；                                 

（2）提高螺旋桨的空泡数，即：

①在条件许可的条件下，尽量增加螺旋桨的浸没深度；      ②减小螺旋桨转速。

五、计算题（每小题 10 分，共 20 分）

1. 已知某内河船船模长4m，湿面积4.6m2，缩尺比α=25，在试验水池中速度为1.8m/s时测得总阻力为3.6kgf，求：实船相应航速、总阻力、有效马力（摩擦阻力按1957ITTC公式；不考虑粗糙度补贴，ν=1.30*10-6m2/s，ρ=999.63kg/m）

解：傅如德换算关系：Rts=Rfs+（Rtm-Rfm）α3                 

        Vs=α0.5Vm=5*1.8=9m/s                                

Ss=Sm*α2=4.6*25*25=2875                           

Re=VL/v                                             

   Res=VsLs/v=9*100*10-6/1.30=6.8*108

Rem=VmLm/v=1.8*4*10-6/1.30=5.511*106

Cfs=0.075/（lgRe-2）2 = 0.001604

Cfm=0.075/（lgRe-2）2 = 0.003336                         

Rfs= Cfs 0.5ρSsVs2=0.0016*0.5*2875*999.63*81=186558.8N    

Rfm= Cfm 0.5ρSmVm2=0.003336*0.5*4.6*999.63*3.24=24.85N  

Rts=Rfs +（Rtm-Rfm）α3=186558.8+（3.6*9.8-24.85）α3

=186558.8+162968.8=349527.6N=35666kg                  

Pe=V*T/75=9*35666/75=4280hp                            

2. 现欲设计一新船，L=112m，△=6850吨，试用海军系数法求该新船在航速11节时的有效功率。（母型船：L=115m，B=15.6m，T=5.5m ，Cp=0.735， ▽=7104m3， △= 7325吨，航速12节时的有效功率为900 kW）

解：                                                

   即                          

则                          

计算得    kW                             

3. 某海船水线长m，宽B=28m，吃水T=11m，排水量=39780t， =0.986，试用P理论法校验当航速v=18.3kn时，兴波阻力处于第几峰点或谷点？

解：              

处于第3峰点。                                         

4. 某螺旋桨主机持续功率为240kW，轴系效率为0.96，齿轮箱效率为0.97，试求收到马力。若此船在以24km/h航行时所遭受的阻力为1650kgf，问推进系数为多少？

解：收到马力   （kW）=304.07（hp）  

有效马力   （hp）          

推进系数                        

5. 某单桨海上运输船，其水线长L=175m，吃水T=5.6m，B=18m，方形系数=0.62，速度节，湿表面积m2，以的缩尺比进行船模试验，测得，试用1957ITTC公式计算。（取℃，=1.18831×10-6，）

解：（1）计算Re

kn

m

（2）计算

（3）计算

（4）计算

（kgf）                                 

6．已知20800t单桨多用途远洋货轮的主要数据：船长Lpp=140m，船宽B=21.8m，吃水T=8.9m,方形系数CB=0.743, 舯横剖面系数CM=0.94，主机最大持续功率等于8460hp,转速等于155r/min,相对旋转效率等于1.0,螺旋桨为MAU4叶桨, D=4.78m, P/D=0.684, AE/A0=0.545, η0=0.55, ηs=0.98, Vmax=15.48kn，w=0.7Cp-0.18,t=0.5Cp-0.12。

今用缩尺比α=36的船模进行阻力试验，求：船模速度、实船和船模相应Re和Fr（ν=1.30*10-6m2/s，）；计算螺旋桨进速系数、收到马力系数、推进系数、P0.7和桨叶伸张面积。

解：（1）船模速度=1.33米                                    

实船相应Re和Fr分别为： =8.53*108和=0.215   

同理：船模相应Re和Fr分别为：3.95*106和0.215                 

（2）计算螺旋桨进速系数、收到马力系数、推进系数、P0.7和桨叶伸张面积

进速系数为：＝0.404;                                   

收到马力系数为：49.6                                 

推进系数等于：0.55                                  

P0.7=3.27米;                                          

桨叶伸张面积等于9.78米2;                             

7. 已知20800t单桨多用途远洋货轮的主要数据：船长Lpp=140m，船宽B=21.8m，吃水T=8.9m,方形系数CB=0.743, 舯横剖面系数CM=0.94，主机最大持续功率等于8460hp,转速等于155r/min,相对旋转效率等于1.0,螺旋桨为MAU4叶桨, D=4.78m, P/D=0.684, AE/A0=0.545, η0=0.55, ηs=0.98, Vmax=15.48kn，w=0.7Cp-0.18,t=0.5Cp-0.12。

如果该船船长减小1/21，方形系数增加1/20，而船宽、吃水和舯横剖面系数不变，试问：该船航速是下降还是上升？为什么？

解：（1）因为船舶为低速船，所以摩擦阻力为主要成分            

（2）船长减小，湿面积减小，阻力减小；                    

（3）方形系数增加，纵向菱形系数增加；                    

（4）w和t都增加，前者增加快，所以船身效率上升；          

（5）综合结论：航速上升。                                  

8. 某船比设计状态超载10%，（1）如需保持船速不变，试求需增加的主机功率的百分数。（2）试定性分析主机转速不变和功率（转矩）不能增加的情况下船、螺旋桨和主机的工作情况。

解：（1）Pm=⊿2/3V3/Cm                                           

(Pm`-Pm)/Pm=Pm`/Pm-1=（⊿`/⊿）2/3-1=（1.1）2/3-1=0.066=6.6%  

（2）R增加， T（1-t）〈R —— 船速降低                        

N不变，Va减小 —— J下降，Kt、Kq增加，需使Q增加          

Q不变，N下降、速度进一步下降。                             

主机处于重载状态   

9. 某船比设计状态超载20%，（1）如需保持船速不变，试求需增加的主机功率的百分数。（2）试定性分析主机转速不变和功率（转矩）不能增加的情况下船、螺旋桨和主机的工作情况。

解：（1）Pm=⊿2/3V3/Cm                                            

(Pm`-Pm)/Pm=Pm`/Pm-1=（⊿`/⊿）2/3-1=（1.2）2/3-1=0.129=12.9%  

（2）R增加， T（1-t）〈R —— 船速降低                         

N不变，Va减小 —— J下降，Kt、Kq增加，需使Q增加              

Q不变，N下降、速度进一步下降。                                 

主机处于重载状态   

10．已知20800t单桨多用途远洋货轮的主要数据：船长Lpp=140m，船宽B=21.8m，吃水T=8.9m,方形系数CB=0.743, 舯横剖面系数CM=0.94，主机最大持续功率等于8460hp,转速等于155r/min,相对旋转效率等于1.0,螺旋桨为MAU4叶桨, D=4.78m, P/D=0.684, AE/A0=0.545, η0=0.55, ηs=0.98, Vmax=15.48kn，w=0.7Cp-0.18,t=0.5Cp-0.12。

今用缩尺比α=25的船模进行阻力试验，求：船模速度、实船和船模相应Re和Fr（ν=1.30*10-6m2/s，）；计算螺旋桨进速系数、收到马力系数、推进系数、P0.7和桨叶伸张面积。

解：（1）船模速度=1.59米                                    

实船相应Re和Fr分别为： =8.53*108和=0.215   

同理：船模相应Re和Fr分别为：6.824*106和0.215                 

（2）计算螺旋桨进速系数、收到马力系数、推进系数、P0.7和桨叶伸张面积

进速系数为：＝0.404;                                  

收到马力系数为：49.6                                          

推进系数等于：0.55                                            

P0.7=3.27米;                                                   

桨叶伸张面积等于9.78米2;                             

11. 试画出速度多角形，并利用几何关系证明诱导速度垂直于合速。

（）

答：

                    两个阴影部分三角形相似

则                                      

又    则                     

     即                  

       即un垂直于VR                                              

六、论述题（每小题 10 分）

1. 如何利用P理论预测船舶兴波干扰。

答：兴波长度可以表示为：

又

故对应于有利干扰和不利干扰分别为：

当时，有利干扰：                     

当时，不利干扰：                      

P 定义为船速v与波长为的波速之比，即

          可得对应于波阻峰点和波阻谷点的P 值分别为：

   波阻峰点： P 

                               =2.00，0.5，0.666，0.556，…    

波阻谷点： P 

                               =1.15，0.756，0.604，0.517，…    

一般情况下，根据所设计船的参数v、Cp和L可以计算得到相应的P 值，以此判别该船是处于有利干扰或不利干扰。

2. 试述船模阻力试验中，影响试验结果的因素有哪些？

答： 船模试验结果表明：几何相似的船模在不同的水池中所得试验结果往往并不一致；缩尺比不同的船模在同一水池的试验结果也不相同，从而使换算得到的实船阻力亦将不同，其主要原因为：

（1）试验本身的一些影响因素

① 试验假设所引起的误差，这方面的误差是不可避免的；          

② 试验本身所引起的误差，如水池壁面的干扰等                  

（2）尺度效应

     尺度效应问题，即船模尺度不同引起试验结果的不一致。因为船模试验并不满足雷诺数相等的条件，不同尺度的船模由于雷诺数不同，将导致其边界层的流动状态有所不同，边界层的相对厚度也不同。                                         

此外，船模的曲率不同亦影响到边界层的厚度及速度分布。所有这些原因都会影响到船模的摩擦阻力。根据实际分析，边界层流态不同是尺度效应的主要因素。

3. 试述螺旋桨的设计问题和设计方法。

答：（1）螺旋桨的设计问题可分为两类，即初步设计和终结设计。        

        螺旋桨的初步设计是指：已知船速，有效马力，根据选定的螺旋桨直径确定螺旋桨的最佳转速、效率、螺距比和主机马力或者已知船速，有效马力，根据给定的转速确定螺旋桨的最佳直径、效率、螺距比和主机马力。           

螺旋桨的终结设计是指：主机马力和转速决定后，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。具体的讲就是：已知主机马力、转速和有效马力曲线，确定所能达到的最高航速、螺旋桨直径、螺距比及效率。                           

    （2）目前设计船用螺旋桨的方法有两种，即图谱设计法及环流理论设计法。

图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计。而环流理论设计法是根据环流理论及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。

4. 何谓理想推进器？何谓理想螺旋桨？为什么理想螺旋桨的效率低于理想推进器的效率？

答：（1）理想推进器：

假定：① 推进器为一轴向尺度趋于零，水可以自由通过的盘，此盘可以拨水向后；

② 水流速度和压力在盘面上均匀分布；

③ 水为不可压缩理想流体。

根据这些假设得到的推进器为理想推进器。                        

（2）理想螺旋桨：应用理想推进器理论的螺旋桨成为理想螺旋桨。   

（3）理想推进器的效率等于有效功率和消耗功率的比值。即理想推进器的效率为

，其中，为推进器在静水中的速度，为无限远处速度增量。

而对于理想螺旋桨，由于其诱导速度具有正交性，所以理想螺旋桨的效率为，式中，即为理想推进器效率，也可称为理想螺旋桨的轴向诱导速度。称理想螺旋桨的周向诱导效率。                        

所以理想螺旋桨的效率小于理想推进器的效率。                  

5. 试述宽度吃水比对船舶总阻力的影响。

答：B/T的几何意义是表征船体的扁平程度。

（1）对摩擦阻力的影响：讨论宽度吃水比对摩擦阻力的影响，亦即讨论宽度吃水比变化对湿面积的影响。根据试验资料可知，宽度吃水比的变化对湿面积的影响很小，所以B/T对摩擦阻力的影响很小。                                            

（2）对剩余阻力的影响：要看B和T分别影响的大小而定。一般认为船宽增大时，船体的散波波高增大；吃水增加时，横波的波高增大。而改变B/T是有两者相反变化而得。因此两者对兴波得影响，反映在剩余阻力有相反得影响。由泰勒试验结果可知，随着B/T减小，剩余阻力趋于减小，但在有得速度范围内反而增加。                  

（3）对总阻力得影响：由上述可知，B/T对总阻力将有影响，但是这种影响作用往往是不大得。                                                          

6. 证明：理想推进器盘面处的轴向诱导速度为无限远处轴向诱导速度的一半。

证明：

单位时间内流过推进器盘面的流体质量为：       

AA断面流入的动量为： 

CC断面流出的动量为： 

根据动量定理，推进器产生的推力为：  ---------------（1）                   

在盘面远前方和紧靠盘面处应用伯努利方程：

在盘面远后方和紧靠盘面处应用伯努利方程：

             （2分）

盘面前后的压力差即为推进器的推力，可得：

  ---------------（2）     

比较（1）、（2）两式可得：     

即理想推进器盘面处的增量为全部增量的一半。               

7. 试述由于排水量变化所引起的排水量长度系数变化对船舶总阻力的影响。

答：排水量长度系数又称修长系数，代表了船舶的瘦长程度。    

由排水量变化，讨论的影响，即L一定时讨论排水量变化对总阻力的影响。

1对摩擦阻力的影响：因为在一定船长时，随而变，并且：

，由此知增大排水量，即排水量长度系数增加时，单位排水量摩擦阻力将减小。                                              

② 对剩余阻力的影响：同样，当船长不变时，增大排水量是由同时增大船宽和吃水实现的。因此不但兴波阻力将增加，而且由于船型变肥，粘压阻力也随之增大，剩余阻力必然增大                                                      

③ 对总阻力的影响：排水量长度系数对总阻力的影响同样取决于摩擦阻力和剩余阻力中哪一项的影响占主要地位。显然，对于低速船来说，摩擦阻力在总阻力中占主要成分，总阻力变化很大程度上取决于摩擦阻力的变化。而对于高速船来说，由于剩余阻力在总阻力中占重要比重，所以一般来说，排水量长度系数减小时，单位排水量的剩余阻力将下降，单位排水量的总阻力也是下降的。                    

8.试述设计螺旋桨时应考虑哪些问题？

答：为了设计出最合理的螺旋桨，设计者必须从推进效率、空泡、振动及强度等方面作通盘考虑。

（1）螺旋桨数目：选择螺旋桨数目必须综合考虑推进性能，振动、操纵性能及主机能力等各方面的因素，而这些因素之间常有矛盾现象，因此应根据各类船舶的不同特点来选取。通常按照母型船来选取螺旋桨数目。                                    

（2）螺旋桨叶数的选择：叶数的选择应该根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡等多方面加以考虑。一般认为，若螺旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率常略高，叶数多者因叶栅干扰作用增大，故效率下降。但叶数多者对减小振动有利，叶数少者对避免空泡有利。                                                             

（3）螺旋桨直径：一般来说，螺旋桨直径越大，转速越低者效率越高，但直径受到船的吃水和尾框间隙所，而且直径过大时桨盘处的平均伴流减小，使船身效率下降，故对总的推进效率未必有利。实际螺旋桨的直径多数是根据图谱来决定的。       

（4）螺旋桨转速、桨叶外形和叶切面形状。

9. 试述船体总阻力的分类。

答：船体阻力可以按现有的几种不同观点进行分类：

（1）从傅汝德观点分类：船体总阻力可分为相当平板摩擦阻力和剩余阻力两部分组成。

（2）从力的观点分类：船体总阻力由水作用于船体表面上的切向力和法向力两部分组成，切向力沿船体表面积分所得在运动方向上的分量就是摩擦阻力，而法向力的积分在运动方向上的分量就是压阻力。                          

（3）从能量耗散观点分类：总阻力是由兴波阻力和粘压阻力两部分组成。这两部分力归因于尾流能量及波形能量的损耗。                         

兴波阻力应分为两部分：一部分可由测量船后波形得到，叫波型阻力；另一部分即耗散于粘性尾流中的破波阻力，可由粘性尾流的测量中得到。     

10. 试述螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用。

答：螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用是：

（1）进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。

（2）根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数之用，并为改善螺旋桨性能提出方向。   

（3）它是校核和验证理论方法必不可少的手段。                    

（4）为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。

11. 试述平行中体长度和位置对船舶总阻力的影响。

答：对于中低速船，船体长度大致分为三段：进流段、平行中体和去流段。平行中体是指在船体中部附近与船中横剖面完全相同的一段船体。            

在排水体积一定的情况下，适当地设置平行中体可使船首尾两端尖瘦，在中低速情况下，对减小兴波阻力和粘压阻力均有利，这是对阻力性能有利的一面。但另一方面，由于平行中体的存在，船的前体和后体与平行中体之间将形成“前肩”和“后肩”，易产生肩波和旋涡，这是对阻力性能不利的一面。对于中低速船来说，只要平行中体长度并不过长，一般来说，对阻力性能是有利的。

对高速船，如果设置平行中体，必然使船首过分瘦削，水线成S形，这样在较高航速时，首部波浪水压力的水平分量将增大，因而阻力增大。同时由于高速时产生的肩波系和肩部附近的严重旋涡将使阻力性能恶化。所以高速船均不采用平行中体方案。

12. 试述由于船长变化所引起的排水量长度系数变化对船舶总阻力的影响。

答：排水量长度系数又称修长系数，代表了船舶的瘦长程度。    

由船长变化，讨论的影响，即一定时讨论船长变化对总阻力的影响。

① 对摩擦阻力的影响：由于湿面积可按估算，由此可知船长增加时，湿面积将随之增加，而一般说来船长增大时引起的摩擦阻力系数减小时极微。因此增大船长或减小将使摩擦阻力增加。                              

② 对剩余阻力的影响：因为在排水量一定时，增加船长，必定要求B、T同时减小，其L/B增大，所以船型变得较瘦长，这样对剩余阻力产生的影响反映在两个方面：一方面，船型瘦长，将使粘压阻力下降；另一方面，船宽B，吃水T减小，将使兴波阻力下降。显然，在排水量一定时，增加船长将使剩余阻力下降。          

③ 对总阻力的影响：由于在一定排水量时，增加船长的结果使摩擦阻力和剩余阻力产生完全相反的影响，因而对总阻力的影响作用将取决于与两者增加的数值而定。                                                        

13. 证明：理想推进器盘面处的周向诱导速度为无限远处周向诱导速度的一半。

证明：

以表示桨盘处的周向诱导速度，表示远后方的周向诱导速度，对盘面上半径r处dr段圆环中所流过的水流应用动量矩定理。

设dm为单位时间内流过此圆环的流体质量，其值为：                    

桨盘紧前方的动量矩为： 

桨盘紧后方的动量矩为：    （为桨盘紧后方的周向诱导速度）

根据动量矩定理可得： 

   （为螺旋桨旋转时dr圆环内作用于流体的旋转力）

    ----------------------------①                        

质量为dm的流体经过桨盘后，不再遭受外力矩的作用，故其动量矩保持不变，可认为桨盘后的周向诱导速度为一常数。即                                  

根据动能定理可得：  ----------------------②    

比较①、②两式可得：（或将①式代入②式，并经简化后可得）