船体阻力的计算

高速艇的净推力不仅要满足设计工况点的稳态运行要求，而且要满足过渡阶段的加速力和推力储备要求，其中包括裸船体（静水）阻力、波浪附加阻力、附体阻力和空气阻力。

1）裸船体阻力

目前预报阻力的各种方法有：模型试验、解析法、利用几何相似系列模型得来的试验数据以及各式各样船模资料的回归公式。最适合的阻力预报方法须由设计师选择，需要注意的是这种预报方法应真实地重现船艇从排水状态过渡到滑行状态、中间驼峰速度段的阻力态势等，这个过渡阶段对推进器的需求可能大于最大速度时的需求。

估算裸船体阻力时，采用喷推器的游艇排水量和LCG要作修正，船体负载必须包含喷推器中水的重量。由于把喷推器进口看作浮力损失是比较合适的，所以，在静稳性计算时，必须将这部分重量剔除掉。在概念设计阶段选择推进器适配时，由喷推器引起的水重量差异一般是忽略不计的，但在后续设计中的重量详估时要考虑进去。在初步设计阶段，喷推器与斜轴全浸桨、表面桨相比，船艇裸船体阻力的排水量可能稍重，LCG位置可能稍后一些。

2）附体阻力

为了在推进器类型和综合推进效率之间做出最平衡的选择，推进器的附体阻力对推进效率的影响必须考虑进去。常规斜轴全浸螺旋桨配置在常规推进器中具有最大的附体阻力成分。常规斜轴配置的轴系、艉托架和舵引起的附加阻力在排水航行状态和高速滑行状态分别约占裸船体阻力的5％～20％。在配置了部分艉轴隧的船艇上，因为减少了轴系和艉托架的浸湿长度，附体阻力会有所减少。

不管采用哪种类型的推进器，都必须将海水进口、突出船体的换能器以及水下排气口导流罩的阻力考虑进去。对这些突出船体的附体来说，以一个艏向正投影面积作为特征量，取阻力系数CAPP＝0．65来反映它们带来的附体阻力是恰当的，而形体长的中线面尾鳍、龙骨可以认为仅仅增大了艇的黏性阻力。

3）空气动阻力

空气动阻力在游艇高速航行时成为总阻力的重要成分。现代赛艇的实船试航表明，不论装满或不装丰满的塔台，当航行速度达到32～35kn时，空气阻力约占总阻力的9％左右。

高速时，船体和甲板室也能产生较大的气动阻力。尽管上层建筑的外观形状可以做成流线型来减少阻力，但是设计时为了增加内部可利用的空间、突出外观设计特征以及增强隐蔽性等会增加空气动阻力。

复杂形状的气动阻力可以通过风筒试验来正确地预报。风向与船前进方向之间的夹角在0°～360°内变化时，用水面上船体和上层建筑艏向正投影面积进行归一化处理的无量纲气动阻力系数如图4-2所示。气动阻力系数定义为

式中，RA为空气阻力（N）；ρA为空气质量密度（kg／m3）；AT为船体水线以下部分在横剖面上的投影面积（m2）；vA为空气对船体的相对速度。

图4-2 随风向而变的风阻系数

流线型艇顶风前进时可能有0．5～0．8的阻力系数，峰值出现在船舯心线与风向成30°夹角附近。

4）波浪中的附加阻力

波浪中的附加阻力RA需要考虑艇工作要求的海情。在决定该阻力大小时可采用模型试验方法，当有义波高H1／3已知时，估算波浪中附加阻力的Hoggard方法就能提供附加阻力值。该方法在H1／3未指定时，建议采用公式（42）作为未指定航区高性能单体船设计海情的恰当假设。

H1／3／Δ1／3＝0．25（42）

Δ1／3为排水体积（m3）。H1／3＝0．25Δ1／3以及航行水域的波浪周期是确定波浪中附加阻力的关键因素。随H1／3／Δ1／3，有效推力FnΔ和水线长宽比LP／BP的变化，可能达到的垂向加速度的大致轮廓如图4-3所示。

5）总阻力

前面已经介绍了阻力的各项组成部分以及对它们进行估算的方法，于是在某一航行速度下的阻力之和为总阻力RT。

图4-3 尖舭型艇可能达到的垂向加速度

RT＝∑（R＋RAPP＋RA＋RAIR＋…）（43）