尺度系数对快速性的影响

第二节　尺度系数对快速性的影响

一、排水体积长度系数

对于中低速艇来说，排水体积长度系数C_Δ是影响快速性的重要参数之一。它的定义为：

式中：C_▽——排水体积长度系数；

　　　Δ——艇体的排水体积；

　　　L——艇的设计水线长。

艇体的总阻力成分中，除了摩擦阻力成分外，其余的阻力成分称为剩余阻力。剩余阻力与艇体重量（力）之比称为剩余阻力系数，用C_R表示，它对艇体的航行阻力具有决定性的影响。图5-9是典型的剩余阻力系数C_R随傅氏数Fr变化的情况。图中还标出了排水体积长度系数C_Δ对剩余阻力系数C_R的影响。如图5-9所示，减小排水体积长度系数可降低中低速段的剩余阻力系数，也就是减少艇的阻力，尤其是Fr＝0.4～0.7的阻力峰区更为明显。要降低这个系数，首先是尽量减少艇的排水体积，也就是尽量减轻艇的重量。采用轻型的设备，采用铝合金或玻璃钢艇体，或者采用铝合金上层建筑都是改善排水量艇快速性的有效措施，但造价将大幅度上升。其次是适当增加艇体长度，由于排水体积长度系数C_▽随艇长的三次方缩减，所以减阻的效果是较好的。但艇长增加会引起艇重的增加，若保持排水体积不变，增加艇体长度L势必要减小艇体宽度，也会带来稳性方面的问题。采用双体船型可以较好地解决降低排水体积长度系数C_▽与改善稳性的矛盾。

图5-9　剩余阻力系数C_R与傅氏数Fr的关系

二、棱形系数

棱形系数C_P主要对船舶的兴波阻力影响较大。这个系数越大，艇体越加丰满，波浪阻力也越大。普通的船体在航行中引起的波浪（学术上叫“兴波”）如图5-10所示。一种叫散波，自船首向外逐渐散开，并形成斜向的一个个波峰。

图5-10　游艇引起的波浪形状

另一种叫横波，它形成一个个垂直于艇行进方向的波峰。对于小艇来说，这两种波浪引起的阻力占据艇剩余阻力的主要成分，因此降低波浪阻力是节省功率的主要途径。

理论研究和船模试验证明，波浪是由首部的肩和尾部的空穴引起的。如图5-11所示，艇首部的肩把水向两侧推开，形成首散波。当艇前进的时候，尾部会形成空穴，需要水来补充，形成尾浪。所以为了减小波浪，艇的首部和尾部都要尖削才好。棱形系数小的艇，两端比较瘦削，有利于减少兴波阻力。因此，在船舶设计时，应尽可能把棱形系数取得小一些。

图5-11　艇首和艇尾引起的波浪

在Fr＝0.35～0.40的速度范围内，圆舭艇的C_P不宜过大，一般应在0.56～0.60之间^［1］。高速段由于兴波剧烈，在整个进流段都会激起波浪，所以排水体积要较均匀地向首尾分布。Baker曾建议C_P取0.61～0.65。根据国内实艇的统计，C_P与Fr有如下的回归公式：

CP＝0.675 7Fr^{0.147 44}（5.6）