3-1船行波的形成與特征一、平面行進波的特征

復雜的波系可視為由無數(shù)簡單的平面行進波（或基元波）疊加而成3-1船行波的形成與特征1、波形波形方程：

2、波幅與波高波幅：A

波高：H=2A

水質點以

作軌圓運動3-1

船行波的形成與特征3、波長

λλ=2π/k

k—波數(shù)4、波浪周期前進一個波長距離所需的時間

T=2π/ω

自由表面：Z=0，r=A

自由表面以下為次波面，波幅隨水深迅速衰減

當水深為一個波長時3-1

船行波的形成與特征5、波速C

波峰：

波谷：

在波峰和波谷處列出柏努利方程同時有

3-1

船行波的形成與特征波長越大，周期越大，速度越快；波速越快，周期越大，則波長越大波速可表達為：

波浪周期：船行波:

C=Vs,Vs大波長越長。波長與船速成平方關系3-1

船行波的形成與特征

為θ方向的位置做座標

C(θ)余弦波波幅函數(shù)

S(θ)正弦波波幅函數(shù)

k(θ)基元波波數(shù)6、波能

單位自由表面波能

對波長λ，波寬b的波的波能為波能與水深無關7、船行自由波

基元波

θ-傳播方向3-1

船行波的形成與特征沿x方向傳播的,波速等于船速的波數(shù)-基本波數(shù)將不同傳播方向上的基元波疊加之船行自由波表達式:式中:稱為相位函數(shù)3-1

船行波的形成與特征二、船行波的形成(a)實際形成的船波(b)深水壓力分布(c)船形物體速度分布(d)船形物體周圍流動情況駐點流速A點波面升高B點波面升高C點波面升高船行波的實際情況3-1

船行波的形成與特征2、慣性作用下最高水位滯后，首波峰在艏柱稍后，尾波峰位于艉柱之后，艉柱前總為一波谷；3、水質點受擾動后，震蕩，形成波浪（重力+慣性力）。1、實際水面抬高小于

(A和C并非真正駐點)三、船行波圖形及組成3-1

船行波的形成與特征1、單個壓力點的興波圖形散波系橫波系凱爾文角190

28′

3-1

船行波的形成與特征船首壓力興波：船首波系—艏橫波、艏散波船尾壓力興波：船尾波系—尾橫波、尾散波

艏橫波、艉橫波在船尾混合，組成合成橫波艉散波、艏散波不混合3-1

船行波的形成與特征2、船行波的組成與特征興波圖1破波圖1破波圖2實際成本或費用：概述與預算相關的實際工作情況列出與目標和限制沖突的工作情形整個波系有兩大波系組成：首波系和尾波系，每個波系都由橫波和散波組成；首橫波恒從艏柱稍后處的波峰開始，尾橫波恒從艉柱稍前處的波谷開始；同一波系各散波段中點之連線基本為一直線，且此直線與船中線面之夾角在180

~200。各波系橫波均集中在自身波系的相應散波內，且隨扇形寬度的擴展，橫波寬度也相應增大，但波幅變??；整個波系各散播之間及散波與橫波之間互不干擾，但在尾波系扇形面內，首尾波系發(fā)生興波干擾；整個波系隨船一起運動，波速為船速。3-2

船的首尾波系及其干擾一、船行波的主要特性3-2

船的首尾波系及其干擾二、首尾橫波干擾

首尾橫波系在船尾相遇疊加稱：興波干擾1、有利干擾與不利干擾

2、影響干擾結果的因素

—取決于首尾橫波相對位置由興波長度

mL和波長λ決定mL=（n+q）λ1）q=0，相位差為零，不利干擾

2）q=0.5

相位差為π，有利干擾3）q為任意分數(shù)時，出現(xiàn)一般干擾3-2

船的首尾波系及其干擾波長與波速(船速)平方成正比興波圖3興波圖43-3

興波阻力特性一、興波阻力與波浪參數(shù)的關系

假定船波是平面進行波，則其一個波長內的波能為根據(jù)能量守恒，船體所提供給波浪的能量等于興波阻力所作的功，也即行進兩個波長內所作的功上式并不能用于計算實際船舶的興波阻力，但卻給出明顯的物理啟示，即興波阻力與波高平方和波寬成正比關系。當船波的波高增大時，興波阻力必然急劇增大。

3-3

興波阻力特性二、船體興波阻力表達式

船體興波阻力必須計及以下三方面產生的波阻：

(1)船橫波中未受干擾部分的波阻；

(2)船首尾橫波干擾后，合成波的阻；

(3)船首尾波系中散波的波阻。整個船體波系的總能量應該是首尾橫波系和散波系的能量之和，即1．確定各部分波浪的參數(shù)及其波能3-3

興波阻力特性二、船體興波阻力表達式2．整個船體興波阻力或通過積分得

三、船體興波阻力特性3-3興波阻力特性1、一般規(guī)律

Rw∝v6

Rw∝Fr4

v增加，則Rw迅速增加低速船，Rw比例??；高速船，Rw占比例很大自然興波阻力部分干擾后興波阻力“峰”和“谷”

2、興波阻力組成與興波阻力曲線特點

不利干擾出現(xiàn)“峰”

有利干擾，出現(xiàn)“谷”3-3

興波阻力特性3、不同船型的興波阻力差異3-3興波阻力特性（1）Fr<0.15時,Cw小——低速船，興波阻力成分很?。?）相同F(xiàn)r數(shù)，豐滿船型Cw比瘦削船型大，F(xiàn)r大時更明顯（3）豐滿船型Cw有峰谷現(xiàn)象；瘦削船型在Fr=0.5附近存在峰值區(qū)；Fr＞0.5后，Cw下降3-4興波阻力與船型關系及干擾預測一、船型對興波阻力的影響(1)自然興波阻力部分，主要受首尾端部形狀的影響，而首部形狀的影響尤為突出。(2)相同F(xiàn)r數(shù)，豐滿船型Cw比瘦削船型大，F(xiàn)r大時更明顯,且曲線有明顯的峰谷現(xiàn)象。(3)興波阻力第二項值的大小則取決于興波長度mL與波長λ之比，即mL/λ。而興波長度mL與船長、船速、以及船體的肥瘦程度有關；波長僅與船速有關。(4)船體形狀，特別是表征船體首尾肥瘦程度的棱形系數(shù)Cp不但直接影響興波的大小，而且對兩橫波的干擾作用有較大的影響。二、?

理論預測興波干擾3-4興波阻力與船型關系及干擾預測V一定（即λ一定）、mL決定首尾橫波相對位置實驗資料表明：當q=0.5時，CpL/λ=n－1/4

有利干擾3-4興波阻力與船型關系及干擾預測當q=0時，CpL/λ=n－3/4不利干擾定義?為船速υ與波長為CpL的波速之比，即?波阻谷點：?波阻峰點：?3-4興波阻力與船型關系及干擾預測?理論圖譜?圖中空白部分代表“有利干擾”區(qū)，而陰影部分代表“不利干擾”區(qū)，此圖僅適用于?=1.15以下的情況。

三、應用Fr預測波阻峰點和谷

3-4興波阻力與船型關系及干擾預測注意：避免前肩波系與首波系干擾原理：L、Vs確定Fr確定Cp根據(jù)Fr選定設計時應避開波阻峰點，實在無法避開則可采用球鼻首等措施3-5確定興波阻力的方法一、模型實驗二、理論計算方法

線性興波阻力理論三、波形分析法1、Ctm、Cvm—船模實驗+對疊船模實驗2、3-6

減小興波阻力的方法一、減小常規(guī)船興波阻力的方法1.選擇合理的船型參數(shù)2.優(yōu)化船體型線L，Cp，Le3-6

減小興波阻力的方法3.造成有利的波系干擾

4.其他

壓浪板等球鼻首、消波水翼等二、應用不同設計概念減小興波阻力3-6

減小興波阻力的方法1、雙體和多體船二、應用不同設計概念減小興波阻力3-6

減小興波阻力的方法2、使船體抬出水面設計概念滑行艇、水翼艇、氣墊船二、應用不同設計概念減小興波阻力3-6

減小興波阻力的方法3、船體下潛設計概念二、應用不同設計概念減小興波阻力3-6

減小興波阻力的方法4、復合設計概念3-7破波阻力

瘦削船型肥大型船：

—破波阻力

一、破波的成因3-6

破波阻力1、破波（碎波）

肥大型船在航行中除產生船行波外，在其首部常存在興起后很快破碎的波浪。2、成因：（1）乾崇夫解釋要點：波形：線性波系+非線性波系（凱爾文波系）（水表面沖擊系）

Rw=Rwp+Rwb

水表面沖擊波不穩(wěn)定—破波（2）馬場解釋要點：

3-6

破波阻力運動物體前端自由表面下方存在一層剪切流；該剪切流沿水線引起旋渦（感生渦）；剪切流和感生渦強與吃水、半進角、首端有關；感生渦強隨速度的增強而增大，肥大型船破波與該渦強有關。（3）破波阻力3-6

破波阻力破波與波的非線性有關；破波對于瘦削船型可以忽略，而主要出現(xiàn)在豐滿船型；豐滿船首阻塞作用明顯，首部高壓區(qū)形成陡峭船首波破波的產生和破波引起的阻力稱破波阻力或碎波阻力。

二.破波阻力測定3-6

破波阻力1、尾流測量法測定破波阻力低速：瘦削船型尾流壓力與肥大船型尾流壓力相似

高速：肥大船型尾流壓力變化超出船寬3-6

破波阻力存在兩個尾流區(qū)；主尾流區(qū)—船寬范圍次尾流區(qū)—船寬以外

2、尾流阻力3-6

破波阻力粘性總阻力由粘性引起的耗散在主尾流區(qū)的能量而產生的阻力—船體粘性阻力波浪破碎耗散在次尾流區(qū)的能量而產生的阻力—破波阻力為與船