[科普中国]-中横剖面系数

简介

中横剖面系数是指中横剖面在水线（常指设计水线）以下的面积（）与对应的水线宽（B）和型吃水（T）的乘积所表示的矩形面积之比。常用表示：

式中，表征船舶中部的肥瘦程度，并影响船的舭部升高和舭半径。如方形系数一定，增大中横剖面系数，可减小棱形系数，使排水体积较均匀地沿船长分布。2

特点中横剖面系数比值较大，对加大装载量和减小吃水有利，但比值过大则阻力增大。木帆船较好的船型，中横剖面系数为0.8～0.88。圆弧杓型剖面系数较大，且利于减少阻力，折角的型剖面系数次之，梯型剖面系数较小，且对稳性不利。在船舶设计中，常通过改变中横剖面系数来调节船的棱形系数，从而控制船的排水体积沿船长的分布。1

棱形系数、方形系数和中横剖面系数关系对一定排水量和长度的船，棱形系数大者表示排水量平均分布于船的全长，所以船的两端较钝。棱形系数小者表示排水量集中于船的中央部分，所以其两端较尖。若船的排水量和长度不变，棱形系数对摩擦阻力的影响很小，但对剩余阻力的影响很大。图1(e)为泰洛船型在各种不同棱形系数时的剩余阻力曲线。在低速度时，约（约），虽棱形系数小者剩余阻力也小，但其影响微小。在中等速度时，约在0.60至1.0之间，棱形系数越小者剩余阻力越低。在高速度时，约（约），棱形系数大者剩余阻力常反小。其解释为在低速和中速时，兴波作用主要在船的两端，愈尖锐者兴波阻力愈小。设计时对棱形系数的选择应随速度的增加而减小，以免处于阻力增加过快之处，见图1(f)。在高速度时，整个船体都有兴波作用，所以船中央部分不宜过大，棱形系数反需略增。

由图1(a)、(b)、(c)和(d)可见，在时，对的影响远较排水量长度系数为大；其排水量长度系数自50变为250，最大最小相差5倍，而仅由0.5变至0.8。图2可提供此问题的解释。因在低速和中速时，由横剖面面积曲线两端坡度决定的尖锐程度对兴波阻力起决定性作用，而其中段的肥瘦程度则较次要。虽曲线两端的坡度随排水量长度系数增加而增加，但较随所增加大为缓慢。又当增加时，排水量维持不变，而在排水量长度系数增加时，排水量也随之增加，所以因曲线两端坡度增加致增加的兴波阻力对单位排水量阻力而言的影响自当大为减弱。在高速度时，因全船都有兴波作用，排水量长度系数较为重要。

以低速长比运动的船主要是摩擦阻力，对一定排水量希望其湿面积较小，而在高速长比时则兴波阻力渐见重要。这样就形成在低时的短而丰满的船形，当增大时的长而瘦削的船形。图3为桑地给出的棱形系数和排水量长度系数的设计范围。

若船的排水量长度系数一定，则由泰洛标准组阻力曲线可见，对每一数值有一最佳值，其时船的剩余阻力为最低。一般说来，在1.0以下时，最佳值约在0.5至0.55之间；以后随而迅速增大，当时最佳值约为0.65，当时仍再略增。图4为贝脱给出的理论上最佳与实践上最佳的比较。在实践上一般的低速和中速度船属民用船。由于民用船的剩余阻力所占比重较小，所以就经济价值出发所用的较理论上最佳值为高，在高速军舰，因须照顾其在巡航速度时的经济性能，所以所用较最佳值常反低。

因速度较低的船的中横剖面系数都无大差异，又方形系数为排水量与主尺度间的津梁，所以若选定即连带将选定。为便利计，一般民用船设计时，在决定长度后，其次即将选定。速长比不超过1.0时，速度越大，应越小。下列亚历山大公式为最常用的公式之一：

对于试航速度

对于服务速度

对一定的或，若速长比超过上式中相应的，则速度处于阻力增加过快之处，换句话说速度对此船形而言为“过快”，这相应的叫临界速长比。

若船的排水量、长度、和都维持不变，仅改变中横剖面系数并依相当比例改变其宽度和吃水以保持一定的中横剖面面积，这样可察验对阻力的影响。。

根据泰洛试验结果，虽在0.70至1.10很大的范围内变化，但其的差别很微。泰洛所试验的船模的，图5为其所试验的船模中两种极端中横截面形状。

基于上述泰洛的试验结果和其他类似的试验结果，可见对的影响很不重要。总之在普通船形，对阻力实际上几无影响。所以常用相当肥满的中横剖面，在一定的方形系数下可使船的两端较尖，以期降低兴波阻力。但对于速度较高也就是方形系数较小的船，用大的中横剖面系数在绘制型线图时要使型线曲度变化缓和将感困难，因之小者其也需略小。图6为各方面提出的一般民用船的对的关系。

在高速度船，中横剖面系数则更小，例如速度极高()的驱逐舰的约为0.80。这是因为其小方形系数要求小使其棱形系数接近最佳值。所以其中横剖面具有相当大的舭部升高和舭部半径。在低速度船，常无舭部升高，其目的在获得尽可能大的中横剖面系数。3