[科普中國]-船舶航行阻力

船舶航行阻力是指船舶航行時，作用于船體上阻止船舶運動的力，包括空氣阻力和水阻力。內(nèi)河船舶航行阻力計算對于灘險整治規(guī)劃、船舶設(shè)計與制造均具有重要的實際應(yīng)用價值。但航行于山區(qū)航道的內(nèi)河船舶與海船的航行條件存在巨大差異。

簡介船舶航行阻力是指船舶航行時，作用于船體上阻止船舶運動的力。包括空氣阻力和水阻力。在一般民用船舶中，空氣阻力僅為總阻力的2% ~4%。水阻力包括兩部分，一是突出于船體以外的舵、軸和批龍骨等所受的附加阻力；二是船體本身所受的阻力即裸體阻力。附加阻力一般僅占總阻力的3%~10%1。

船舶航行阻力構(gòu)成內(nèi)河船舶航行阻力計算對于灘險整治規(guī)劃、船舶設(shè)計與制造均具有重要的實際應(yīng)用價值。但航行于山區(qū)航道的內(nèi)河船舶與海船的航行條件存在巨大差異。海船的航行阻力主要是水流阻力與興波阻力，而內(nèi)河船舶的航行阻力則主要由水流阻力與坡降阻力構(gòu)成。在我國，內(nèi)河船舶水流阻力通常以茲萬科夫公式為基礎(chǔ)進行計算, 已有不少研究成果，而坡降阻力計算是一個純力學問題，求解較簡單，在此基礎(chǔ)上，考慮灘險特性，在各種流速～比降組合情況下進行航行阻力與船舶推力的受力平衡，即可計算得到通航水力指標。作為航道水流條件標準的水力指標，在部分重要的內(nèi)河航道上已較明確，而其他更多的內(nèi)河航道卻沒有明確標準2。

內(nèi)河航道船舶航行阻力計算的討論茲萬科夫法在我國山區(qū)航道整治設(shè)計中發(fā)揮了良好的作用，但由于公式本身的結(jié)構(gòu)不盡完善，且大都采用川江河段和船型的有關(guān)參數(shù)，當應(yīng)用于其他河流或河段的計算時，難免會出現(xiàn)與實際不盡相符的情況。就內(nèi)河船舶航行阻力研究成果而言，大致可分為以下幾種類型：

(1)認為茲萬科夫公式計算的水流阻力與實際相符, 而坡降阻力計算過于簡化。如在對紅水河航行阻力的研究中, 茲萬科夫法的計算結(jié)果與有效推力吻合良好.在漓江航行阻力的計算中，雖川江公式計算阻力偏小, 但若只對水面坡降作進一步修正而不調(diào)整茲氏公式, 也可得到滿意結(jié)果，認為應(yīng)考慮船舶航行引起的水面附加比降的影響。

(2)認為茲萬科夫公式可用于水流阻力計算, 坡降阻力也可按簡單系數(shù)進行修正, 但需考慮舵力影響.在對三峽工程導流明渠施工通航船隊的航行阻力計算中就采用了這種模式。

(3)認為茲萬科夫公式不能普遍適用于其他航道水流阻力的計算。在不考慮坡降阻力情況下, 采用茲萬科夫法計算的水流阻力與瀾滄江實船推力差別較大，低載質(zhì)量時計算值偏大, 高載質(zhì)量計算值偏小.這是因為同樣功率情況下, 低載質(zhì)量時航速較快, 而茲氏法計算的航行阻力與航速的高次方成正比。

此外, 在已有公開發(fā)表成果中尚未見到在各種載質(zhì)量、各種功率組合情況下的航行阻力計算。綜上, 以茲萬科夫法為基礎(chǔ)的川江船舶航行阻力計算公式只能適用于部分而非所有的河流。應(yīng)根據(jù)不同河流及相應(yīng)船型, 建立適合于自身特點的計算公式, 才能滿足實際工程的需要3。

內(nèi)河船舶(隊)航行阻力研究現(xiàn)狀內(nèi)河航道情況多樣, 錯綜復雜。既有水系之分, 又有山區(qū)與平原之別, 而且各水系的船型特點也差異較大。我國主要針對長江上游山區(qū)航道船型的特點建立和完善了相應(yīng)的船舶阻力估算方法, 而對其它山區(qū)中小河流航道船舶阻力的計算涉及極少, 因而對這些河流的船舶阻力計算方法很少研究。

我國各主要通航河流中, 船舶運輸多以駁船編隊的方式進行, 船隊航行阻力的計算也是實際工作中經(jīng)常遇見的問題。除了前面提到的船隊航行阻力計算方法外, 國內(nèi)對于長江中下游雪橇型分節(jié)駁船隊的航行阻力計算方法進行了一些研究, 并且提出了相應(yīng)的計算方法。對于其它河流, 特別是山前與丘陵河流的船隊航行阻力研究很少2。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學