進流段

進流段是指船體結構的一部分。大部分船舶都是首尾有線形變化，中部為平行中體，首部有變化的部分為進流段，尾部有變化的為去流段。

基本介紹

• 中文名：進流段
• 外文名：entrance
• 描述：船體首部有變化的部分
• 屬於：船體
• 學科：船舶工程

概念

進流段與去流段（run）對應，指船舶設計水線面下，最大橫剖面或平行中體到船體前端的部分。船舶專業術語定義：The immersed body of the ship forward of the parallel body。

大型船進流段長度對淺水阻力的影響

研究背景

船在有限水深航道中航行時，往往引起它的流體動力性能的重大變化，表現為沿著船濕表面的流體動壓力的分布發生變化，從而使船的阻力也發生變化，那么，如何去求解這種變化呢？眾所周知，解這類任意形狀船的問題，碰到了暫時還無法克服的障礙，即使是深水狀態也是如此。

在淺水中，由於必須考慮表征水流附加邊界—水底的存在，因而在定解問題上又增加了困難。淺水對船舶流體動力特性的影響程度，取決於船的營運航速與臨界速度的接近程度，在臨界速度附近，表現為運動特性的不穩定以及作用在船上的流體動力發生急劇的轉變。

淺水船舶流體動力特性的具體研究，多半是針對船舶的某些航行性能進行的，為數最多的文獻都是討論船舶快速性問題，主要是討論船舶運動的水阻力。船舶運動的總的水阻力，通常表示為粘性分量和興波分量之和，淺水對其中的每一個分量都有影響，尤以對興波分量的影響最大。淺水同時還對速度場和壓力場的特性產生影響，在淺水中，粘性阻力的性質決定於運動著的船和水底附近的速度場和壓力場的特點。發表的大多數著作都是關於興波阻力的理論和試驗研究的，淺水對粘性阻力的影響沒有得到充分的研究，但對乾普通的排水型船舶，粘性阻力卻占總阻力的60-80%。

應當指出，求解淺水狀態下船舶運動的水阻力是很困難的，首先是邊界條件的非線性，其次，自由表面形狀事先又是未知的，並且又是時間的函式，而實際的船體表面又很複雜，通常不能用解析方法來表達。因此，用實驗的方法來探索船型變化對淺水阻力的影響仍不失為一種可靠的方法。

從船舶設計的角度。關心的是船體形狀與總阻力之間的關係，傳統的觀點是，深水阻力較好的船，其在淺水中航行時，阻力不會太差，這種設計觀點一直沿用，這對不經常航行於淺水的船來說，問題不大，但隨著江海聯運及內河航運的發展，越來越多的船長期營運於淺水航道，這就要求設計淺水阻力最佳的船了。本文就是試圖從一些最基本的船體參數中選擇進流段長度作為研究肥大型船淺水阻力特性的突破口，希望得出一些能為船舶設計提供參考的數據或經驗公式。

模型的確立

對於中、低速船，船體長度大致分為三段，即進流段、平行中體和去流段。適當地採用平行中體從經濟性角度講可以簡化施工工藝，降低造價，從實用性角度講可以增加倉容，滿足船的載重量要求，在排水體積一定的情況下，適當地設有平行中體可使船首尾兩端尖瘦，在中低速情況下，對減少興波阻力和粘壓阻力均有利，這是設定平行中體對阻力性能有利的一面，但另一方面，由於平行中體的存在，船的進流段和去流段到平行中體之處將形成“前肩”和“後肩”，易於產生肩波和旋渦，這是對阻力性能不利的一面，在不同的航速下，這種影響將是不同的。平行中體的位置也取決於航速。低速船為了儘量減少粘壓阻力，就要保證去流段有足夠的長度，所以平行中體的中心在船中之前，致使進流段較短，隨著航速的增加，興波阻力成分逐漸增長，這時特別要避免前肩波系與船首波系發生不良干擾，因而要求進流段L_p有一定的長度。貝克圖認為，避免前肩波系干擾的最短進流段應為：

避免嚴重旋渦的最短去流段應為：

其中，A為中剖面積上面所討論的都是船在無限水深情況下的性能，對乾肥大船在淺水中的性能變化還沒有系統的研究過。

由淺水效應理論分析可知，在相同航速下，當h/T下降到某一數據時，阻力會急劇上升，這是因為隨著水深的減小，水深佛魯德數的增加，各種阻力成分都會增加，並且其阻力成分比例也隨之改變，這樣，原來在深水中按低速船設計的阻力性能優良的船型，在淺水中就未必優良了。

而淺水興波阻力是與水深佛魯德數直接相關的，在相同速度下，水越淺，則水深佛魯德數越大，淺水興波也越大，這時，原來按深水情況下設計的平行中體、進流段、去流段長度就不一定適合於淺水了。應將進流段適當增長，以減瘦首部線型，減少興波阻力，這對總阻力是有利的。但在平行中體長度一定的情況下，一味地增長進流段則意味著去流段的減少，粘壓阻力將增加，到一定程度後，總阻力不僅不能減小，還有可能增加。

研究結論

平行中體的長度及位置對淺水阻力是有影響的，對於低速肥大型船，存在著最佳的平行中體位置，在分析試驗的基礎上，提出上述幾個經驗公式可供設計部門參考。雖然本文選取的母型為海船，但對內河大方形係數的船的設計也有積極的指導意義。由於國內淺水阻力的系列試驗進行的太少，因此對試驗結果進行正確的分析還缺乏經驗，再加上實驗設備的限制，試驗還停留在對比定性的水平上，還未能對淺水阻力給出足夠精度的定量測定，即使這徉，所得出的結論仍對船舶設計工作者具有積極的參考價值。

迴轉體進流段型線參數化設計

在水下航行器設計中，流線型迴轉體以其幾何形狀簡潔、具有優良的流體動力特性被廣泛套用於工程實際中，人們對此外形設計有不少的研究。本文通過嚴格的數學推導，提出一種含有平行中體的流線型迴轉體進流段外形設計方法，並採用勢流理論，計算得到其表面的壓力分布，為迴轉體形體的數位化設計和流體動力性能最佳化創造了條件。

迴轉體進流段參數化設計

（1）迴轉體外形幾何參數

迴轉體型線通常分為兩大類：具有平行中體的迴轉體型線和無平行中體的迴轉體型線，考慮到在實際套用中含有平行中體的迴轉體型線更具有實用價值和代表性，故以此類迴轉體為對象進行研究。為了便於研究，簡化流線型迴轉體表達式，通常將迴轉體型線分成若干特徵段，如將具有平行中體的迴轉體型線分為進流段L_f，平行中體段L_m和去流段L_a(見圖1)。本文將對流線型迴轉體進流段部分進行研究。

圖1 迴轉體外形圖

圖中：L為迴轉體最大長度；D為迴轉體直徑；L_f為進流段，迴轉體頭部到最大寬度起點部分；L_m為平行中體，最大寬度的起點到終點部分；L_a為去流段，最大寬度終點到尾端部分。

（2）迴轉體型線基本要求

物體在水下航行時，其型線必須是流線型，以保證其表面的流動是連續的、平滑順暢的。因此，在建立流線型迴轉體數學表達式時，首先須解決如何用數學方法來定義或描述流線型。我們知道，流函式為常數時是1條流線，而流函式滿足的不可壓軸對稱勢流的流函式方程是二階偏微分方程。由此可以確定，迴轉體型線的表達式需要具有二階導數連續，以保證所表示的迴轉體型線能滿足流動連續平滑的基本要求，即：

二階導數連續意味著迴轉體型線不僅要求具有連續的斜率，而且要具有連續的曲率。

（3）參數化型線表達式

為了使建立的迴轉體型線表達式能滿足各種約束條件要求，如布置、性能和聲學等，數學表達式中須含有可調參數，通過改變可調參數的數值，來改變型線的幾何外形，即該表達式是能描述一簇流線型曲線系列。可調參數的選擇與確定須遵循以下幾個基本準則：

1)可調參數必須是獨立的；

2)型線的幾何外形對可調參數比較敏感，以達到有效調控迴轉體型線的目的；

3)在可調參數數值允許變化範圍內，應使數學表達式所表示的型線範圍儘可能大，以擴大適用範圍；

4)可調參數應具有一定的幾何意義，反映型線的主要幾何特徵，以便於設計人員在套用時可以根據所涉及的型線的需要，迅速確定可調參數的數值或調整方向。表達式中的可調參數不宜過多，一般為單參數或雙參數。因為，雖然可調參數越多包括的型線越多，但也越沒有特點，套用起來也越不方便。

迴轉體進流段表面壓力計算

水下航行器在水下航行時，由於水的粘性作用在其表面會形成一層邊界層，邊界層以外，流體的粘性作用很小，可以當做理想流體來處理。粘性對物體表面壓力分布的影響主要在邊界層的排擠效應，它相當於改變了物體的形狀，進而改變了其表面的壓力分布。而在迴轉體進流段部分，邊界層較薄，其表面壓力分布受粘性影響較小，故在研究迴轉體進流段表面壓力分布時，可忽略薄邊界層影響，採用勢流理論，確定其表面的壓力分布。

求解迴轉體外部勢流採用奇點法，其基本思想是在空間分布強度變化的奇點，如點渦、源、匯、偶極子等。通過調整這些奇點的強度分布使之滿足物麵條件，便可逼近繞物體的勢流場。沿軸線分布源匯的線元法是工程上廣泛使用的基本解法之一，其計算原理是：對於靜止物體，物面上理想流體的法向速度為0，理想流體沿艇體表面流動，因此其表面是1條流線。根據流函式的等值線是流線的性質，流函式方程的物面邊界條件可以用流函式在表面上為常數來表示，在工程上一般取物面作為0流線。

研究結論

首先採用幾何邊界條件的待定係數法，推導出迴轉體進流段雙參數型線表達式，再利用建立在勢流理論基礎上的軸線分布源匯的線元法，將迴轉體軸上分布的源匯離散，計算得到節點處的源強，進而求得各個控制點上的速度和迴轉體型線的壓力分布，最後採用此方法計算了SUBOFF的前體段壓力分布，與模型試驗結果比較表明，其結果是可信的，由此可以得出以下結論：

1)提出的迴轉體進流段雙參數型線表達式滿足二階導數連續，是真正的流線型；

2)以頭部曲率半徑r_o和與平行中體交接處曲率變化率k_s1作為可調參數，建立了雙參數流線型迴轉體進流段型線表達式，通過調整參數，可得到滿足不同條件的迴轉體型線，並為迴轉體型線進一步研究打下了基礎；

3)以勢流理論為基礎的壓力數值求解方法可快速計算得到迴轉體進流段型線表面壓力分布，並且其計算結果是可信的。