平行中體

平行中體（parallel middle body）是指船體中部設計水線下各橫剖面面積和形狀均相同的部分。平行中體使排水量集中於船中，並構成矩形艙位，可簡化設計與施工、節約造價、增大艙容及便利貨物裝卸。通常方形係數大於0.6的船舶即可有平行中體。方形係數較小的高速船一般無平行中體。其主要參數是平行中體長度占船長的百分數和沿船長的前後位置。

平行中體長度與船長的比值對船橫波波形起重要影響。一定的傅汝德數有一對應的最佳平行中體長度和位置，過長或過前都使進流段過短、肩部突出，導致阻力增大；去流段過短則增加旋渦阻力。

基本介紹

• 中文名：平行中體
• 外文名：parallel middle body
• 定義：船體中段具有完全一樣型值的部分
• 使用：方形係數大於0.6的船舶
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶結構

定義

船舶主船體中段具有完全一樣型值的部分稱為平行中體。通常方形係數大於0.6的船舶即可有平行中體。方形係數較小的高速船一般無平行中體。

平行中體的採用

以長度、排水量、棱形係數為不變的，可以將橫剖面積曲線在中部一段改成平行的，兩端則變得很瘦削，或全部均為曲線，兩端則稍為肥滿；因為排水量不變，因此曲線下的面積亦要不變。為要減小建造費及得一長方形的貨艙，採用平行中體是有利的，但除非是用較大的棱形係數，並不能將平行中體拖長至足以得到上述之利益，所以平行中體只限用於低速商船。橫剖面積曲線的平行部分愈長，兩端曲線愈要瘦削，曲線與平行中體兩端聯接處之“眉部”愈隆起。薩德勒教授在密執根大學試驗池研究平行中體長度變化之影響，薩氏用三種模型，同一長寬比及寬度吃水比。方形係數為0.65，0.73及0.85，相應的棱形係數是0.68，0.76及0.87，平行中體長度分數級，最肥之型達到80%。

圖1

根據試驗結果，總的來講，凡用平行中體使兩端瘦削是有利的。但過長的平行中體也是不相宜的。例如，最肥滿的模型在速度比至時，若將平行中體長度從80%減至60%，則其剩餘阻力可減為一半。最瘦削之模型速度在至時，用20%的平行中體最為有利，但速度到達時，最好是免去船中央後之平行中體，只留船中央前之10%，中級模型(即方形係數0.73之級)速度至為止，用20%平行中體有利。

平行中體對阻力的影響

有平行中體之船形對阻力的影響有三方面。兩端形狀使“壓力尖峰”，如圖1表示的加劇。船形使波浪干擾而成之凸起與凹陷，在高速或低速格外顯著。平形中體的長度過大，可造成後部太短，使分流發展阻力增大。若排水量保持不變，船形的變更實際上不影響到濕面積，至於摩擦阻力以濕面積之大小而定，故亦不甚變。薩氏試驗表明平行中體過長及橫剖面積曲線眉部的曲度變化過快，使阻力曲線之凸起、凹陷顯著出現。所以平行中體愈長，橫浪高度愈大，波浪干擾影響愈甚。因此，兩端過短及橫剖面積曲線曲度過陡，實與水壓力變化急而大有聯繫。

圖2

泰洛亦曾舉行一系列的試驗以求得最適宜之平行中體長度。泰氏用三種模型其棱形係數為0.68、0.74及0.80；對每一模型插入5種不同的平形中體長度。瘦型的自0~36%，中型自0~48%，肥型至60%。試驗結果表現如圖2；此圖表示最經濟之平行中體長度與棱形係數和速長比之聯繫。圖上指明速度至，棱形係數在0.68與0.80之間採用平行中體是有利的；但此一結論不能套用於那種船型，其排水量長度係數和長寬比大過所試驗的模型(排水量長度係數以100至150為限，長寬比約為7)。

圖上虛線為每噸排水量之剩餘阻力磅數等值線，實線為平行中體之長度以船長的百分數計與速長比及棱形係數之關係。應注意圖上表明肥型之剩餘阻力因速度增加而增加甚速，即使在最低速度，剩餘阻力亦隨棱形係數的增加而增加。因此應審慎地選揮一棱形係數，使適配於某一速度，對於高速船固然重要，低速亦然。

平行中體的形式

當船的排水量、長度和棱形係數決定後，採用適當長度的平行中體可減小橫剖面面積曲線兩端的坡度，興波阻力隨之減小。此外可簡化船舶製造工藝過程，使建造費用減低；並有利於船內布置。但平行中體不可過長，否則將使前後肩過於隆起，造成不良的干擾作用和巨量的旋渦，結果總阻力反增。可見有一最佳平行中體長度，其時船的總阻力最低。這減小興波阻力和存在最佳平行中體長度的可能性早經船模試驗證實。

試驗指出，最短的進流段長度為：

所以

又最短的去流段長度為：

所以

這裡應指出，最佳平行中體長度及其位置視速長比、長寬比、寬度吃水比和中橫剖面係數而異。在靜水中雖相當超過最佳平行中體長度，所增加的阻力有限，但在洶濤中平行中體長者需較大馬力。

圖3

圖3為陶德系列60的母型組的平行中體長度L_p，圖中也示出進流段長度也就是平行中體的位置。圖4為英國造船研究協會(簡稱B.S.R.A.)系列的母型組的平行中體長度，圖中也給出前體和後體的平行中體長度也就是平行中體的位置。一般說來，低速度船的進流段長度須較短，也就是平行中體中心在船中央以前，使去流段長度，以避免極大的粘壓阻力。隨著速度的增加，能用的平行中體長度縮短，其中心宜漸次接近船中央，使進流段長度，以避免前肩波系與船首波系發生不良干擾。

艾亞認為一船所能用的平行中體長度與其舭部半徑常有關係。舭部半徑大者中體的下部水線較狹，易與前端連成緩和曲線，所以可用較長的平行中體。例如Fn=0.171、φ=0.767的貨船，原用舭部半徑為0.08B，其平行中體長度約為船長的16.2%。經將舭部半徑改為0.13B而平行中體為船長的35%後，其單位排水量有效馬力反略減。

圖4

的船少有採用平行中體的。且隨著速度的增加，其最大剖面位置宜漸次向後移動，以儘可能減少其興波阻力。大抵Fn≤0.30的船，最大剖面可位於船中央；當Fn≥0.50時，則宜漸向船尾方向移動達5%船長距離。

橫剖面面積曲線兩端的形式影響前後肩處的曲度。例如若兩端凹入，則前後肩勢必隆起，以彌補凹入處所損失的排水量。貝克對此問題所作的試驗範圍最為廣泛，詳情介紹參閱原書。概括說來，低速度時面積曲線兩端宜直線；中等速度時前端宜微凹或凹形，後端直線或微凹；高速度時兩端宜直線或微凸。一般後端形式對阻力的影響較前端為小，但去流段很短時面積曲線後端宜直線以避免旋渦。前端作凹形時應避免與基線相切，否則船的整個長度未能利用，無疑將船體縮短則增加剩餘阻力。