第03章 兴波阻力.ppt

船舶阻力第三章兴波阻力 船行波的形成和凯尔文波系 船的首尾波系及其干扰 兴波阻力特性 兴波阻力与船型关系及干扰 确定兴波阻力的方法 减小兴波阻力的方法 破波阻力 阻力分类的补充说明 2/5 船行波的形成和凯尔文波系船舶在水面航行时,会产生三种不同类型的兴波。?船行波:是船驶过后,留在船后方并不断向外传播的波; ?破波:是被船体兴起后很快破碎的波浪,它不以波浪的形式传播,主要发生在肥大型船和高速船。?局部水面升高:在船体附近的水面起伏,在定常运动情况下它们随船一起运动,不构成阻力。 1/2 5000T 海事救助船试验 1:35 ?5船行波的形成和凯尔文波系一、平面进行波的特征二、船行波的形成三、船行波图形及组成 2/2 :ζ= Acos(kx- ωt): H =2A 水深 h处次波幅: :λ=2 π/k;波数: k=2 π/λ : T=2 π/ω= ≈、平面进行波的特征 o oh kh ohAeAeAA 535 1 2????????|?深水平面进行波的特性: 1/4 g ?? 2平面进行波的特征 :当 kx- ωt=mπ,m =0,1,.. 时,即 x= mπ/k+ ω t/k , 对应余弦波的峰谷点。随时间推移,峰谷的位置将向正 x方向移动,所以波形随时间的变化率 dx/dt 就是波速: c= λ/T= dx/dt =ω/k=√ g/k = gT /2π= ≈ k= ω 2 /g = g/c 2 (色散关系)6. 单位波面的总能量:E o=E k +E p= 1/ 2ρgA 2; 波长为λ波宽为 b的波面的波能: E b= 1/ 2ρgA 2bλ :c E =c/ 2 2/4 ??2 g?船行自由波 3/4 考虑由船舶匀速航行产生的与船行方向 x 成θ角方向传播的基元波,在船运动坐标系中,该基元波相对于船为定常,其波形表达式中不含时间 t项。若同时考虑正、余弦波两种情况,则基元波形表达式为: a(θ)= C( θ)cos[k( θ)p]+S( θ)sin[k( θ)p] 式中: C( θ), S(θ)为正余弦波波幅; k(θ)为θ方向基元波波数; p= xcos θ+ysin θ为矢径;由: k(θ)=g/v θ 2 =g/(vcos θ) 2 =K o sec 2θ Ko =g/v 2为沿 x方向传播,波速等于船速 v之波数,称为基本波数。 k=g/c 2 (色散关系)船行自由波????? 2220 ?????????? dpkSyxKcyx ]})( sin[ )( )] sin cos ( sec cos[ )({),(将所有可能传播方向的基元波叠加起来,可写出船行自由波表达式: 4/4 ) sin cos ( sec )(????yxKpk?? 20式中,相位函数: p=xcos θ+ysin θ为矢径二、船行波的形成?? 0 20 22 2 pv pA vgZ A???? 1/5 船舶在水面上航行时产生波浪的原因主要在于:水流流经弯曲的船体时,沿船体表面的压力分布不一样,导致船体周围的水面升高或下降,在重力和惯性的作用下,在船后形成实际的船波。在水面,沿船体水线及远前方液面用伯努利方程,则驻点A和远方点 F,有: 0 0 0 2 2 2 2 2B 2 2???????g vC g vvB g vAZ Z Z A:v A =0, B: C:v C =0船行波的形成 2/5 由此可见, A和C点处的水面被抬高,而 B点的水面下降,整个水面高度的变化情况如图中虚线所示。且水面高度的变化与速度平方成比例,即船行波的波高 H正比于船速v s的平方。