【正文】 身所固有的，不可能像上述假設(shè)的那樣通過創(chuàng)造所謂的“理想狀況”來加以避免；而且這 3種運(yùn)動(dòng)要么一個(gè)都不產(chǎn)生，要產(chǎn)生的話必然同時(shí)產(chǎn)生；也就是說它們不僅不能解耦，而且還是強(qiáng)解耦的，分開單獨(dú)考慮就反映不了滑行艇這類排水量船的航行特點(diǎn)。 滑行艇以排水狀態(tài)航行時(shí)，其水阻力計(jì)算基本上與普通的排水航行船只相同。但當(dāng)它起 飛后滑行于水的自由表面上，僅部分艇底與水面接觸，從而支承面和浸濕面積隨速度增大而減小。此時(shí)，適用于排水航行船只的阻力計(jì)算方法對(duì)滑行艇已不適用。 進(jìn)入過渡狀態(tài)后，隨著艇速的增加，艇首逐漸抬起，摩擦阻力成正比地隨浸濕面江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 積的減小而減少，此時(shí)，艇阻力的急劇增長主要是由于噴濺阻力和興波阻力的增大而引起。過渡狀態(tài)階段的阻力曲線呈駝峰形狀。處在阻力峰值區(qū)域航行的艇是不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)動(dòng)力裝置和推進(jìn)裝置的運(yùn)行帶來不利影響。所以，設(shè)計(jì)良好的艇大都避開這個(gè)阻力峰區(qū)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到 ????? 3 時(shí)，艇首抬出水面并開始沿自由表面滑行，艉縱傾減小，阻力越過峰值后迅速下降，這是由于除摩擦阻力減小外，興波阻力也減小了 [13]。 滑行狀態(tài)是指艇越過起飛阻力峰以后的航行狀態(tài)。但嚴(yán)格地講，只有少數(shù)賽艇能達(dá)到全滑行狀態(tài)，大部分的實(shí)用艇仍然處于“亞滑行狀態(tài)”。此時(shí)，艇的大部分重量依靠艇底水流產(chǎn)生的流體動(dòng)舉力來支撐，排水體積產(chǎn)生的浮力只占很小一部分。對(duì)滑行艇來說，其速度有一個(gè)下限：當(dāng)用傅汝德數(shù)來衡量時(shí)， A． B． Marry認(rèn)為 FrB 2可作為滑行速度的下限。 滑行艇縱向受力分析 靜止時(shí) 滑行艇靜止時(shí)只受鉛垂向下 的重力 mg 和鉛垂向上的浮力 BH，并且由于要滿足靜平衡，所以我們很容易就知道 BH等于 mg，且兩者的作用點(diǎn) G 和 B 在同一條鉛垂線上（見 下 圖 41） 圖 41滑行艇靜止時(shí)受力 航行時(shí) 當(dāng)主機(jī)開始發(fā)出動(dòng)力，逐漸使艇有了航速 u，由于艇體前部的所受水壓力，產(chǎn)生一個(gè)向上的升力 ???，使艇升高了某一段距離 ????；又因?yàn)檫@個(gè)升力對(duì)艇的重心有一水平力臂，所以產(chǎn)生一個(gè)力矩，使艏部向上轉(zhuǎn)動(dòng)了某一個(gè)角度 ??。那一段距離的升高和那一個(gè)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，改變了艇的狀態(tài)，使得艇的排水體積 ????變了，從而浮力也變了；同時(shí)，艇體后部的滑行面由于跟著艇艏繞重心轉(zhuǎn)動(dòng)了那一角度，所以也產(chǎn)生了升力 ????。江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 而且，這些力的產(chǎn)生或改變都引起了力矩的產(chǎn)生和改變。從而引起了升沉和縱搖，升沉和縱搖改變了艇體的排水體積和濕面積 ????，而這兩大因素的改變，直接影響了船體的直航總阻力 ????，從而改變了航速 u， u 一變，又影響了升力的大小，升力變了， ????又跟著變，結(jié)果又間接影響了浮力。 圖 42滑行艇航行時(shí)受力 直到變化到某一姿態(tài)，艇體各個(gè)方向所受合外力為零，這個(gè)姿態(tài)就是動(dòng)平衡點(diǎn)，滑行艇就會(huì)保持這一姿態(tài)，穩(wěn)定的航行下去，直到下次受到外界擾動(dòng)。 滑行平板的流體動(dòng)力分析 最簡單的滑行艇是一塊半浸濕的矩形平板，沿著水面以小沖角 a運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)速度為 u，其載荷為 G。此時(shí)，平板上作用有垂直于平板的水動(dòng)壓力 P和平行于平板表面的水粘性摩擦力 R 。此外，作用于平板的還有平板排開水的浮力 D。將水動(dòng)壓力 P和摩擦力 R 的合力 Q分解成垂直于水平面的升力 L和平行于水平面的阻力 R ，則有： ?? = ?????????? ? ???? ???????? () 在垂直于水平面的 z 軸上有力的平衡方程： G=L+D () 此等式表明，艇的載荷 G (相當(dāng)于艇在靜止吃水時(shí)的排水量△ )被流體動(dòng)舉力和小部分浮力所平衡。正如前面所述，艇達(dá)到起飛速度后，浮力所占的比例很小。將上述 G Tp HB LH Rt Mh 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 諸力再投影到平板的平面上，得到力的平衡方程： ???? = ?????????? ? ?????????? () (3)式中的 G 相當(dāng)于艇在靜止吃水時(shí)的排水量△，用△ 來置換 G，于是得到阻力的常見表達(dá)式 ?? = ?? tan?? + ???????????? （ ） 因 ????????通常不小于 0． 985，所以，在小沖角的情況下，取摩擦阻力部份的 ????????≈ 1不會(huì)引起過大誤差，所以，水動(dòng)阻力的表達(dá)式可以寫成： ?? = ? ?tan?? +???? () 圖 43滑行平板水動(dòng)力分析 姆雷（ Murry）法估算滑行艇的阻力 這個(gè)方法主要是通過一系列滑行艇平板試驗(yàn)，給出了幾個(gè)滑行參數(shù)的具體函數(shù)關(guān)系、分別為： （ 1）滑行面壓力中心位置的函數(shù)關(guān)系： nKl ?? ?/ （ ） 式中 mfK ? ??? )( ???? （ ） R Rf P Q L L v 靜水面 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 )( ????n （ ） ?0 04 ??m （ ） 式中： ε 為水壓力中心（或重心）距艇尾的距離； l 為平均濕長度，即龍骨浸濕長度kl ，與折角線浸濕長度 cl 的平均值， ? ?kc lll ?? 21 ，如圖 44所示； τ 為滑行時(shí)的縱傾角； β 為平均斜升角，即艇中部和船尾斜升角的平均值； Bl/?? ，濕長度與寬度之比。 圖 44 滑行面的幾何參數(shù) 上列關(guān)系式常用曲線表示，如圖（ 45）所示。在應(yīng)用時(shí)可以直接查圖。 （ 2）滑行面動(dòng)載荷系數(shù)的函數(shù)關(guān)系 對(duì)于底部斜升角為零的平底滑行面的動(dòng)載荷系數(shù)為： ? ? / bl FrC ??? ?? （ ） 對(duì)于底部斜升角為 β 的 V 形滑行面則有： lll CCC ?? ?? （ ） cl L ε l kl 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 由此可見，平底艇的動(dòng)載荷系數(shù)較 V 形滑行面者為大。上列關(guān)系式中用曲線表示如圖 46所示。 根據(jù)上述函數(shù)關(guān)系式，可以估算滑行艇的阻力，具體步驟如下： 1）已知艇的排水量 ? ，航速 sv ，艇寬和斜升角，則可以計(jì)算得： ? ?tm BBB ?? 21 ? ?tm ??? ?? 21 gBvFr sb ? 2221 BvCsl ???? 有已知的 ?lC 值，查圖 得相應(yīng)于滑行平板的動(dòng)載荷系數(shù) 0lC 。 圖 45 計(jì)算滑行面壓力中心位置的曲線（ Murry法） 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 46 確定滑行面動(dòng)載荷系數(shù)的曲線（ Murry法） 2）取一系類縱傾角 1? ， 2? ， ?? ， i? ， ?? ，并計(jì)算相應(yīng)于各縱傾角時(shí)的 ? ；再由圖 46 得對(duì)應(yīng)于 i? 的一系列 i? 值。 3）由圖 可以查出： ),( ??? iini f? ),(2 ??ii fK ? 4）由于 i? 及相應(yīng)的 i? 已求得，則相應(yīng)的濕長度 Bl ii ?? ，濕面積 ?cos/ii lS ? 均可得到，并可以計(jì)算雷諾數(shù)和摩擦阻力。 5）按式 計(jì)算各縱傾角 i? 時(shí)的相應(yīng)阻力 itR ，并作出曲線 )(3 iit fR ?? ， 6）計(jì)算得各縱傾角 i? 時(shí)在水壓力中心位置 )(4 ii f ?? ? 。 7）有已知艇體重心距尾板距離 g? ，在 )( iii f ?? ? 曲線上得到對(duì)應(yīng)水壓力中心距江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 尾板為 g? 時(shí)的縱傾角 s? 。此極為實(shí)艇在該計(jì)算航速下的航行縱傾角，同時(shí)由圖得到相應(yīng)的總阻力 stR 值 [14]。 模型阻力計(jì)算 用以上方法對(duì)已建的模型進(jìn)行阻力預(yù)估和計(jì)算，其基本步驟和相關(guān)數(shù)據(jù)如下圖表所示 ： 1）所建模型的基本數(shù)據(jù)信息： 排水量Δ ? ?tm BBB ?? 21 ? ?tm ??? ?? 21 15176。 2）通過圖 44 可以得到 loC 值，如下表所示 表 41 不同速度對(duì)應(yīng)的 loC 值 V（ m/s） 6 7 8 9 rbF ?lC loC 3）計(jì)算 ?loC 值 表 42 假設(shè)不同斜升角時(shí)的 ?loC 值 τ(176。) V=6 V= V=7 V= V=8 V= V=9 2 3 4 5 6 7 8 4）通過圖 46 可以得到 ? 值，如下表所示 表 43 不同狀態(tài)時(shí)的 ? 值 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 τ(176。) V=6 V= V=7 V= V=8 V= V=9 2 3 4 5 6 7 8 5）通過公式 Bl ii ?? 可以求得 il 值，如下表所示 表 44 不同狀態(tài)時(shí)的 il 值 τ(176。) V=6 V= V=7 V= V=8 V= V=9 2 3 4 5 6 7 8 6）通過公式 ?cos/ii lS ? 可以計(jì)算得到 iS 值，如下表所示 表 45 不同狀態(tài)時(shí)的 iS 值 τ(176。) V=6 V= V=7 V= V=8 V= V=9 2 3 4 5 6 7 8 7）在不同斜升角角時(shí)不同速度情況下的雷諾數(shù)?lv?Re 表 46 不同狀態(tài)時(shí)的 Re 值 τ(176。) 6 m/s m/s 7 m/s m/s 8 m/s m/s 9 m/s 2 10862581 11594140 9174732 9217164 9228165 7240149 6407226 3 6323221 5836820 5419904 5058577 4742416 4463450 4215481 4 4607929 4253473 3949653 3686343 3455947 3252656 3071953 5 3604996 3327688 3089996 2883997 2703747 2544703 2403330 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 8通過 ITTC 公式計(jì)算摩擦阻力系數(shù)2)2Re(l g ??fC 表 47 不同狀態(tài)時(shí)的 fC 值 τ(176。) 6 m/s m/s 7 m/s m/s 8 m/s m/s 9 m/s 2 3 4 5 6 7 8 9）通過公式摩擦阻力估算公式 )(21 2ffmf CCSvR ??? ?可以計(jì)算 fR 值（由于船體體型很小， fC? 取為 0） 表 48 不同狀態(tài)時(shí)的 fR 值 τ(176。) 6 m/s m/s 7 m/s m/s 8 m/s m/s 9 m/s 2 3 4 5 6 7 8 10）通過公式 ft RR ??? ?tan 可以可以計(jì)算出總阻力 tR 表 49 不同狀態(tài)時(shí)的 tR 值 τ(176。) 6 m/s m/s 7 m/s m/s 8 m/s m/s 9 m/s 2 3 4 5 6 7 8 6 2949887 2722973 2528475 2359910 2212415 2082273 1966591 7 2489797 2298274 2134112 1991837 1867348 1757504 1659865 8 2149675 1984315 1842578 1719740 1612256 1517418 1433117 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 11）通過公式 ???? = Kλ nl可求得不同沖角時(shí)的 ε 表 410 不同沖角時(shí)的 ε 值 τ(176。) 6 m/s m/s 7 m/s m/s 8 m/s m/s 9 m/s 2 3 4 5