剩餘阻力

傅氏注意到船舶阻力中之摩擦因素，可從總阻力中分離出計算。從總阻力減去摩擦阻力則為剩餘阻力。剩餘阻力包括興波阻力和漩渦阻力，後者為數比較小，故實用上幾乎可認為全是興波阻力。傅汝德比較定律是可套用於剩餘阻力的計算的。

基本介紹

• 中文名：剩餘阻力
• 外文名：residual resistance
• 別名：興波阻力
• 歸屬：船舶術語
• 定義：總阻力減去摩擦阻力則為剩餘阻力
• 計算方法：傅汝德比較定律

簡介

運動中的船舶會產生波浪和渦流(尤其是在船尾端)，就會令水也處於運動之中。動能在水中的能量耗散率就反映了作用在船舶上的推進阻力，即剩餘阻力，也稱興波阻力。低速時的剩餘阻力是速度的一個平方函式，但是速度越高時剩餘阻力會增加的更多。原則上講，這就意味著船速被設定了一個界限。因此，船舶推進功率的進一步增加並不能夠帶來更高的速度，因為所有的額外功率都將被用來產生附加波浪了。對於低速船舶，剩餘阻力通常占總阻力的10%~25%。而對於高速船舶，剩餘阻力會占總阻力的40%~60%。在淺水區航行的船舶可能有附加阻力，因為由於存在與地面間的剪下力的緣故，船舶下面的排水在移向船尾時會困難得多。

剩餘阻力的估算方法

（1）艾亞(Ayre)法。該方法的適用範圍較廣，特別對中、低速船的估算結果與船模實驗結果的吻合性尚好，但由於其統計的資料僅代表20世紀40年代以前的船型，因此用於近代船型，如肥大型船，往往誤差較大，甚至船型要素超過艾亞法給定的範圍。此外，該方法全部由統計資料所得，故在理論上有其難以解釋之處，這也是其不足之處。

（2）藍波-奧芬凱勒法。該方法是將船舶的剩餘阻力和摩擦阻力分開計算。其中摩擦阻力係數按照桑海公式計算，計算公式可在文獻中查取；粗糙度補貼係數△Cf可根據船長選取。而剩餘阻力係數可由藍波一奧芬凱勒圖譜查得。該圖譜系根據荷蘭瓦根寧船模實驗池所做的107艘單螺旋槳大型船舶的模型實驗結果分析整理得到。

剩餘阻力計算

為解決船模與實船基本阻力換算的問題，傅汝德做出如下假設。

(1)將基本阻力R分為摩擦阻力R_f和剩餘阻力R_r獨立的兩部分。

(2)在船模與實船幾何相似的基礎上，剩餘阻力係數C_r只與傅汝德數有關。

(3)摩擦阻力R_f等於與船體具有同長度、同速度和同濕表面積的相當平板的摩擦阻力船模與實船均可用相當平板摩擦阻力公式計算。

傅汝德假設將興波阻力和渦流阻力這兩個不同性質的力合併成剩餘阻力，並認為剩餘阻力係數C_r只與傅汝德數有關，是因為渦流阻力在一般情況下占船舶基本阻力的比重較小，且當試驗雷諾數如超過某一臨界值時，渦流阻力係數與雷諾數關係不大，可視為常數，所以，在船舶阻力換算時，將渦流阻力係數併入剩餘阻力係數C_r中，並認為只與傅汝德數有關並沒有明顯的誤差。因此，傅汝德假設能夠比較準確地滿足實際工程的需要而被一直沿用。

剩餘阻力的套用相關

1、阿爾費里耶夫高速雙體船剩餘阻力圖譜

圖1

按圖譜來確定高速雙體船阻力的方法不多，阿爾費里耶夫圖譜主要適合於內河雙體船的阻力估。根據標準片體線型的變換得到雙體船系列模型，並將其在水池中的拖曳試驗結果繪製剩成余阻力係數圖譜。試驗用的標準片體模型線型圖如圖1所示。

2、估算摩托艇剩餘阻力用的圖譜

利用船模阻力換算實艇阻力比較煩瑣。因為需要扣除船模總阻力成份中的摩擦阻力成份才能獲得剩餘阻力係數，所以經過各種換算後，將Nordstrom和De Groot發表的模型試驗阻力資料轉換成估算剩餘阻力用的圖譜。如圖2所示。

圖2