游艇的阻力和推力
一、游艇阻力 游艇在水面上航行时，扰动空气及水两种流体，流体对游艇的反作用力称为游艇阻力。游艇阻力R包括基本阻力R0和附加阻力DR两部分，即： R=R0＋DR (6-1) 基本阻力：新出坞的裸艇体在平静水面深水中行驶时水对艇体的作用力(不包括突出于裸艇体之外的附属体，如舵、龙骨、轴支架等所增加的阻力)。它包括摩擦阻力Rf和剩余阻力Rr，而剩余阻力又包括涡流阻力Re和兴波阻力Rw。 R0=Rf ＋ Rr = Rf ＋ Re ＋ Rw (6-2) 摩擦阻力Rf ：当艇体运动时，由于水的粘性，在艇体周围水和艇体湿表面积之间产生的摩擦阻力。与艇的长度、浸水面积和表面粗糙度有关。 涡流阻力 Re ：在艇体表面形状急剧变化之处产生漩涡，这种漩涡形成的阻力称为涡流阻力。由于这种阻力与艇体的形状和对水流的位置有关，所以又称为形状阻力。与横截面积曲线形状、艇的长宽比等有关。 兴波阻力Rw ：艇在水面航行时产生航行波，沿着艇体首尾方向，由于兴波而构成压力差所产生的阻力称为兴波阻力。与棱形系数、平行艇中体及前后体长度、横截面形状等有关。 对于给定的游艇，基本阻力的大小与吃水、艇速有关。基本阻力随吃水的增加而增加：随艇速的提高而增加。在艇速较低时，基本阻力增加较为缓慢，而艇速较高时，基本阻力增加明显，约与艇速的平方成正比。其原因不仅是由于摩擦阻力增加，仅兴波阻力就越来越大，约与艇速的4~6次方成正比；涡流阻力约与艇速的平方呈止比。在基本阻了中，各阻力占总阻力的比重是不同的，在一般商船速度范围内，摩擦阻力所占比重最大，约占总阻力的70％～80％，低速时所占比重更多。随着艇速提高，兴波阻力所占比重增大，高速时可达50％以上，低速时影响甚小。而涡流阻力一般不足10％。 附加阻力AR由污底阻力RF、附体阻力RA、汹涛阻力RR和空气阻力AX组成。 AR = RF + RA + RR +AX (6-3) 附属体阻力与艇体上附属体的位置、大小、数量、形状等有关；空气阻力与水面上艇体和上层建筑物形状、大小、分布等有关；凶涛阻力与艇体尺度、线形、重量、分布以及抗摇性能有关。 附加阻力所占总阻力的比重大小，决定于风流的大小、艇体污底轻重程度以及航道浅窄等。其中附属体阻力一般单螺旋桨艇为3%—6％，双桨艇为5％—10%或以上。空气阻力视风力强度极其游艇的相对速度而定，一般游艇航行时空气阻力约为3％4％，低速艇亦可低到1.5%—2％。凶涛阻力随海面气象波浪情况而定。 二、 游艇的推力 1．推进器 推动游艇运动的工具，总称为推进器。推进器的种类很多，目前海艇应用最多的是螺旋桨。其他种类的推进器还有明轮、平旋推进器、喷水推进器和Z型推进器等。 目前使用的螺旋桨大多是固定螺距螺旋桨FPP。现在也有些游艇采用可调节螺距螺旋桨(CPP)。CPP是通过调节桨叶的螺距角来进行停车、正车或倒车操纵，不需要改变螺旋桨的旋转方向和转速就可达到换向或改变推力大小的目的。其停艇性能良好。 游艇大多装有一只螺旋桨，称为单桨艇。当螺旋桨正车旋转时，从艇尾往艇首看，螺旋桨作顺时针旋转，倒车时作逆时针旋转，则该螺旋桨称为右旋式桨；反之，称为左旋式桨。多数商船采用右旋式桨。 有些艇装有两只螺旋桨，左右各一个，称为双桨艇。按螺旋桨旋转方向划分，双桨艇可分为外旋式和内旋式两种。所谓外旋式，是指进车时，左舷螺旋桨左转，右舷螺旋桨右转：反之，称为内旋式。一般双桨艇大多采用外旋式，而CPP双桨艇则多采用内旋式。 2．螺旋桨的推力(T) 在主机驱动下，螺旋桨正车旋转推水向后，而被推的水给桨叶一个反作用力，这个反作用力在艇首方向的分量就是推艇前进的推力T。倒车时，则水对桨叶产生一个指向艇尾的反作用力，该反作用力在艇首尾方向的分量称为倒车推力或拉力。 当T>R(阻力)时，游艇作加速运动；反之，游艇作减速运动；当T=R时，游艇作等速运动。 对于给定的游艇，其螺旋桨产生推力和转矩的大小是由转速n、艇速Vs、和螺旋桨轴在水中的沉深h决定的。当艇速Vs一定时，推力T、转矩MQ、与转速的平方(n2)成正比。当转速n一定时，随着艇速Vs提高，推力T逐渐下降，因而游艇航行时推力小于系泊时推力。这是螺旋桨流体动力特性的一个重要变化规律，即在转速一定的条件下，螺旋桨的推力是随艇速的提高而降低的。后退推力较前进推力要小，约为前进推力的60％—70％，并随着游艇的大型化而减小。 |
