船舶阻力是研究船舶航行時(shí)所受阻力、船體線型設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)的一門學(xué)科。流體作用于船體上,與船舶運(yùn)動(dòng)方向相反,阻止船舶運(yùn)動(dòng)的力。船舶運(yùn)動(dòng)過程中,流體作用于船體上,阻止其運(yùn)動(dòng)的力。
船舶航行時(shí)所受到的流體對(duì)航行的抵抗力是由流體(水和空氣)對(duì)船體的作用合力投影于下與航行方向相反方向上的分量。按不同的分類方法,可劃分為多種成分,如摩擦阻力、壓阻力、附體阻力、空氣阻力、破波阻力、粘性阻力、粘壓阻力、剩余阻力以及波型阻力等。
船舶阻力包括水阻力和空氣阻力。由于水的密度比空氣大800多倍,所以船舶在海上航行時(shí),主要考慮船體水阻力。船體水阻力分為摩擦阻力、渦流阻力(形狀阻力)和興波阻力三個(gè)部分,它們的總和就是船體的總的水阻力:
1、摩擦阻力是由水粘性引起,船在水中運(yùn)動(dòng)時(shí),總有一層水粘附在船體表面,并跟著船體一起運(yùn)動(dòng)。船舶運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)水分子運(yùn)動(dòng)所消耗的能量,即為船舶克服摩擦阻力所消耗的能量。摩擦阻力的大小與船體浸水表面積、船體表面滑度、航速高低有關(guān)。因此,船舶定期進(jìn)塢清除污底, 是減少摩擦阻力的重要措施。
2、船體運(yùn)動(dòng)時(shí)除產(chǎn)生摩擦阻力之外,還同時(shí)產(chǎn)生渦流阻力,當(dāng)船體向前運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生一相對(duì)水流,由于水具有粘性,靠近船體表面處的相對(duì)水流速度就小,到達(dá)船尾時(shí),斷面擴(kuò)大,流速很快下降,可達(dá)到零或者倒流,就造成船尾部的渦流運(yùn)動(dòng),使船尾壓力下降,對(duì)船舶就形成一個(gè)壓力差阻力,就叫渦流阻力,或叫形狀阻力。在船體彎曲度較大部分就容易產(chǎn)生渦流,尾部橫剖面作急劇收縮的船舶所引起的渦流阻力較為嚴(yán)重,而流線型船體就不產(chǎn)生渦流阻力或只產(chǎn)生極小的渦流阻力。因此,改善水下船體的線型,對(duì)船舶快速性影響很大。
3、興波阻力是由于船舶航行中掀起的船行波,產(chǎn)生與船舶前進(jìn)方向相反的阻力。船行波分船首波和船尾波,在船行波傳播中,如果船首波與船尾波在船尾處互相迭加,興波阻力就大;如果船首波和船尾波在船尾處互相抵消,興波阻力就小。所以興波阻力的大小主要與航速和船長(zhǎng)有關(guān)。航速越快,興波阻力越大,在一定的設(shè)計(jì)航速下,適當(dāng)選擇船長(zhǎng),可以減少興波阻力。遠(yuǎn)洋船多采用球鼻船首型,就是為了調(diào)整船長(zhǎng),以達(dá)到減少興波阻力的目的。
當(dāng)船舶在水面上航行時(shí),船體處于空氣和水兩種流體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng),必然通受空氣和水對(duì)船體的阻力。為研究方便起見,船體總阻力按流體種類分成空氣阻力和水阻力。