概念理解
船舶等浮式結構物在水面或近水面上航行時,物體後面會興起波浪。顯然這個波浪的能量是由運動物體對水體做功提供的,因此物體將由於興波而遭受阻力,這就是所謂的“興波阻力”。
設物體是二維的,勻速運動速度為u,則運動引起的興波傳播速度c=u。單位時間內新增波的能量為E0u,此波能由兩部分組成:一部分來自物體單位時間內為了克服興波阻力所做的功Rwu,另一部分則為原先形成的波轉移而來的能量E0cg。因此
由此可見,物體在水面附近運動引起的興波阻力大小主要取決於波幅,減小興波阻力的主要措施就是要降低興波的波幅。
產生原因
船舶行駛時,船首對水施加壓力,把水劈開而前進,於是就激起了一組隨船前進的波浪,這就是首波。船尾在前進時,水中留出了一個低壓區,成為波谷,形成了一組由船尾引起的波浪,稱為尾波。由於船舶航行時,船體興起了首波和尾波,需要能量,形成了興波阻力。因為它是由於水的壓力變化而引起的,所以又叫做壓力阻力。
影響因素
船行波分船首波和船尾波,在船行波傳播中,如果船首波與船尾波在船尾處互相迭加,興波阻力就大;如果船首波和船尾波在船尾處互相抵消,興波阻力就小。所以興波阻力的大小,主要與航速和船長有關。航速越快,興波阻力越大。
隨波的船舶不斷有能量傳播下去,這個能量是靠船舶克服興波阻力做功得到的,船型與波速都對興波阻力有顯著的影響。興波阻力與粘性無關。
減小方法
為了減小興波阻力,在船舶設計時可以採用球鼻首,即把船著水線以下做成球鼻狀的流線型,利用球狀部分所形成的低壓,降低首波的高度,從而減小興波阻力,這是一種既經濟又有效的提高船速的方法。另外,在一定的設計航速下,適當選擇船的長度,可以減少興波阻力。遠洋船多採用球鼻船首型,就是為了調整船長,以達到減少興波阻力的目的。