V型剖面

V型剖面（V-section）是指底部相對尖瘦而舷側明顯呈外傾，如同V字形的橫剖面。V型剖面一般用於低速船首端，可減小縱搖和垂盪，有利於改善濺浸性，在風浪中比U型剖面易於維持速度。V型剖面用於雙槳船尾部時便於布置尾軸架。通常U型剖面相當於較瘦削的水線，而V型剖面對應於較豐滿的水線。

基本介紹

• 中文名：V型剖面
• 外文名：V-section
• 特點：船舶橫剖面為V字形
• 使用：一般用於低速船首端
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶結構

簡介

V型剖面常與凸形設計水線相配合。其濕表面積較小，可減小摩擦阻力；水流易向船底流動，並可避免在舭部產生渦流。V型剖面一般用於低速船首端，可減小縱搖和垂盪，有利於改善濺浸性，在風浪中比U型剖面易於維持速度。V型剖面用於雙槳船尾部時便於布置尾軸架。V型剖面船使浮心和重心升高，配合大的水線面對穩性和耐波性有利，但底部狹窄對貨艙和機艙布置不利可靠的，夜間當天、地波場強比超過28%時，巷識別就變得不可靠，使巷識別作用距離大大縮小。

橫剖面形狀

在一定的橫剖面面積曲線下，橫剖面形狀與滿載水線形狀直接關聯。換句話說，橫剖面形狀在相當大程度上已為滿載水線形狀所決定。通常U型剖面相當於較瘦削的水線，而V型剖面對應於較豐滿的水線。U型和V型又可各分為極端和緩和兩種，其名稱都系比較而言，意義略如圖1所示。單獨由剖面形狀出發也是從另一角度入手研究船形問題的方法。

圖1

根據傅汝德的意見，就阻力而言，最佳船形的橫剖面在前體應為U型，在後體應為V型。前體用U型可使排水量集中於下部，滿載水線可較瘦削，有利於興波阻力的減小。後體用V型可使排水量集中於上部，船尾下部則較瘦削，而上部可藉助於巡洋艦型尾使其處型線坡度在一定角度以內，這樣即使發生邊界層分離，也局限於上部，且不致於影響螺旋槳效率。再就摩擦阻力而言，水流沿船體表面分布越均勻的，摩擦阻力越小。因船的吃水都較其半寬為小，水線的平均坡度則較縱剖線的平均坡度為陡，所以欲獲得邊流，船前體水線的坡度需小於縱剖線，也就是應採用進角瘦削的U型剖面。根據同樣理由，欲在船後體維持連續邊流，應採用V型剖面，使船底水流易於上升。所以傅汝德的法則，至今仍屬適用，不少船舶即依此設計的。但近年研究指出，單螺旋槳船的前體用V型，由於濕面積較小所以摩擦阻力較小，尤其在較短的船又可減小縱搖角度和洶濤阻力。單螺旋槳船的後體用V型，由於船底水流易於上升，也就是可光順地流經舭部而不致產生舭渦。如用U型，則雖船底水流較難光順地流經後體曲度突變的舭部，結果導致舭渦，耗散能量，增加阻力；但另上方面由於舭渦的作用使伴流分布較為均勻，推進效率較高，因此與用V型比較可避免振動而所需的機器馬力實際上無大差別。在雙螺旋槳船後體一般都用V型。

瑞典船模試驗池試驗結果指出，對肥大船型，尾部用U型剖面的阻力較球鼻型尾約大5%而較V型剖面約大7%。由於尾渦的作用，尾部用U型剖面和球鼻型尾較V型剖面所需的軸馬力分別高3%和低4%。由於球鼻型尾的伴流分布最較均勻，所以具有較佳的避振性能。

橫剖面形狀對耐波性的影響

深V型船的橫剖面按折角線分可以有單折角線和雙摺角線兩種基本形式，按底部的線型又可分為：深凸V型、深V型和深凹V型三種形式，如圖2(a)所示。尾部採用方尾，尾板的水下面積與舯剖面的水下面積之比A_T/A_M稱為尾端收縮係數，尾板下端離開基線的距離稱為尾板的升高，見圖2(c)和圖2(d)。橫剖面斜角用表示，見圖2(b)。

圖2

船舶縱搖時，船首向下運動的初期雖然深凸V型橫剖面具有較大的阻尼，但這時的向下速度並不很大，因此艇首不會產生大的垂向加速度；在艇首繼續下降時雖然下降速度增大，但深凸V型剖面的入水阻力增加緩慢，因此在艇首下降運動的整個過程中艇體受到幾乎是不變的向上作用力，向上加速度不會達到很大的峰值。對於深凹V型橫剖面的情況則不同，在艇首下降運動的過程中，向下速度和入水阻力可能會同時達到最大，特別是在舭部附近的入水阻力將急劇增大。因此深凹V型船的衝擊加速度要比深凸V型或常規尖舭型艇略大，通常很少採用。

日內瓦水動力研究機構(HRS)對1000t左右、船長相近的深V和圓舭兩種船型的砰擊機率作了理論計算，如圖3所示。計算結果與迎浪狀態下的船模耐波性試驗結果相一致，深V型船的砰擊機率要比與它相當的圓舭型船低得多，這主要是因為深V型船的吃水較深，尖舭的折角線無論是對橫搖運動還是對縱搖運動都有更大的阻尼作用，因此在同等情況下橫搖幅度和縱搖幅度均比一般圓舭型船要小。同時,由於橫向斜升角越大，吃水較深，對減小縱搖運動幅度有利。深V型船的後體均保持有較大的底部橫向斜升角，這使得其縱搖軸更接近於艇的重心縱向位置。因此縱搖固有周期應當比常規的圓舭型艇要短，在風浪中更容易引起諧振。但由於縱搖軸移到舯部，則不僅轉動慣性半徑減小而且轉動力矩減小。可以認為這是深V型船首部衝擊加速度明顯減小的主要原因。

圖3

由規則波和模擬不規則波中的船模試驗結果也證明，深V型船與常規圓舭型船相比，其縱搖性能和垂盪性能都要好些，首部和尾部的垂向加速度相應地也較小，隨著航速和海況的提高，深V型船的縱向運動性能與圓舭型船相比的優勢會更加顯著。靜水橫搖自由衰減試驗與規則波中的橫搖試驗結果顯示，當安裝有相類似的附體時，深V型船在不同航速時的橫搖阻尼明顯地大於圓舭型船，圖4給出了在同噸位、同樣環境條件下的優秀圓舭型船和兩種不同橫向斜升角的深V型船的橫搖運動性能比較。

圖4