什么是船舶水动力学(船舶水动力矩)

2022-11-18 14:51 点击:77 编辑:邮轮网

1. 船舶水动力矩

通过操纵机构转动减摇鳍,使水流在上产生作用力,从而形成减摇力矩,减小摇摆,以便减少船体横摇。利用伸出在船体外的鳍在舰艇摇摆运动时产生升力,形成稳定力矩,以抵消舰船的摇摆力矩,其减摇效果较好。

2. 船舶水动力的大小

根据伯努利定理,船舶以一定速度在流体中运动时,产生的动压强为1/2ρV^2

水动力表示为FH=P*L*D*CH,P为压强,L为船长,D为吃水,CH为船体水动力系数。 水动力角是水动力合力方向与船舶首尾线的之间的交角,大小取决于横向水动力系数和纵向水动力系数的比值。水动力系数系数可以通过循环水槽实验获得,也可以通过约束船模实验获得。

3. 水动力船原理

喷水推进器,是指推进机构的喷射部分浸在水中,利用喷射水流产生的反作用力驱动船舶前进的一种推进器。由水泵、管道、吸口和喷口等组成,并能通过喷口改变水流的喷射方向来实现船舶的操纵,效率比螺旋桨低,但操纵性能好,特别是对于泥沙底的浅水航道,喷水推进器具有良好的适应性。[1]喷水推进器是用水泵作动力,将水从船底孔吸入,经舷部管子,把水从船后方向排出,靠水的反作用力来推进船舶。

喷水推进的基本原理:通过在舰船等航行器上向其运动反方向喷射具有一定速度的水流,根据作用力和反作用力,船体会受到水流的反作用力,而这个力即为推力。

  推力的大小=流体在流经推进器流道时单位时间内的动量变化率。 喷水推进装置上的推力可定义为与水接触的所有推进装置内表面上的压力和剪切应力在喷口面积矢量相反方向上的合力。这些表面包括进口管道、叶轮、叶轮轴套和喷口

4. 船舶水动力学

根据目前的流体力学理论要提高船速和效率的方法有如下几种:

1:材料学:提供具有最大幅度降低摩擦力的船舶表面涂料和材料,根据设想,目前最新科技的油漆涂料利用和水分子类似的张力作用可以使摩擦力大幅度减小,从而使船舶速度有效提高。主要面临的问题是这种材料的造价高昂和污染性问题。

2:结构学:目前在美国和日本试验的水滴船模型就是完全利用流体力学的原理,将船舶的表面结构制造成摩擦力最小的形状,目前最可靠的形状是水滴型,这种结构将流体力学应用的最佳状态,根据测试可以提高船速60%-90%以上,能大幅度降低能源损耗。但是由于适应型问题还出于争论阶段。

3:仿生学:还有一种目前最被科学家看好的方法就是属于最有可能实施的一种方案,就是采用设备模拟水下海豹、海豚等动物在水下高速运动时能在身体表面产生一张水膜的方式,在航行器表面制造出一个封闭式的水泡,使航行器完全包裹在这种水膜中,测试的结果可以降低90%以上的摩擦力,目前基本所有的难度都可以克服了,就是这个水膜、水泡的大小还是很成问题。参考资料:航海工程专业人员

5. 船舶水动力性能

船舶排水量与动力成正比,排水量越大需要动力越大。

6. 船舶水动力矩计算公式

转船力矩大。

舵机工作时施加于舵杆的力矩称之为转舵力矩,用M表示,转舵时需克服舵的水动力矩,Ma和舵承的摩擦扭矩Mf,所以有M=Ma+Mf

转船力矩:水作用力 F 对船舶重心所产生的力矩,转船力矩与舵叶的浸水面积及相对水速的平方成正比,没有相对水速就没有舵效。

7. 船舶水动力系数

船舶推力系数指船舶发动机推力与喷管进口燃气总压和喷管喉部面积乘积之比。

船舶是各种船只的总称。

船舶是能航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具,按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。

船舶是一种主要在地理水中运行的人造交通工具。

民用船一般称为船,军用船称为舰,小型船称为艇或舟,其总称为舰船或船艇。

8. 船舶水动力矩计算

岸壁效应是指:船在槽式航道中行驶时,船首的岸推力与船尾的岸吸力形成转船力矩,使船首向航道中心侧偏转,船舶整体将被压向岸壁的现象,称为岸壁效应。

 实例: 岸壁效应对近岸航行的船舶而言,是一个不安全因素,常会造成船舶过度与岸壁接近而发生碰撞,导致人员伤亡和财产损失,特别是对于VLCC、LNG和化学品船等船舶,一旦发生碰撞还会造成海洋环境污染,给人们带来巨大灾难。

因此,加强岸壁效应的研究,对近岸航行船舶的操纵运动水动力进行预报,一方面,可对行驶中船舶的操作进行指导,以保证船舶的航行安全,另一方面,可为人们建造具有合理截面形状的河道提供参考依据。

分别在船体表面、岸壁表面和自由表面上布置Rankine源来表达流体扰动速度势,并通过满足这些边界面上的边界条件,来确定未知源强,在确定源强和速度势后,由伯努利方程得到流场中的水动压力,进而通过船体湿表面的压力积分求得船体水动力和力矩。

在数值处理过程中,利用镜像原理来计及水底的影响;采用求解非线性方程组的Newton迭代法来逐步满足非线性自由面条件;辐射条件采用自由面奇点抬高与错位技术来满足。计算了标准Wigley船型和系列60(CB=0.6)船型的深水兴波阻力和下沉、纵倾(合称为“下蹲”)、标准Wigley船型的浅水兴波阻力和“下蹲”、系列60(CB=0.6)船型沿垂直岸壁、倾斜岸壁、下潜岸壁以及在浅窄航道中偏离航道中心航行时受到的横向力、首摇力矩和“下蹲”,

并对上述计算结果和他人的试验结果或回归公式计算结果进行了比较浅析浅析,讨论了船-岸距离、水深、航速、岸壁倾角、下潜岸壁的高度和浅窄航道的宽度对船舶受到的横向力和首摇力矩的影响。

9. 水动力转船力矩

英制马力hp=扭力(kg-m)×引擎转速(rpm)/727 公制马力PS =扭力(kg-m)×引擎转速(rpm)/716 用最大功率/实测扭矩=转速,在此转速上加200,基本上就是最高转速

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