CB Z 237-1987 水滴型潜艇线型设计和水下阻力估算方法.pdf

1、CB/Z 中国船舶工业总公司指导性技术文件CB尼237-87水滴型潜艇线型设计和水下阻力估算方法1987年发布中国船舶工业总公司批准中国船舶工业总公司指导性技术文件水滴型潜艇线型设计和水下阻力估算方法CB/Z 237-87 Lines Design and Resistance Estimation Method for Spindle-Shape才Submarnes组别：舰船理论与实验专业组本文件1用于水滴型潜艇裸艇体线型的数学设计和潜艇深术航行时的阻力估算，包括首舵或图壳舵、指挥台自l壳、底操纵而以及导弹仓盖的附加阻力估算1 符号Ax 裸艇体最大横截面积，而B 裸艇体型载，mCAP 附体附

2、加阻力系数，公式（3 3) Cb 首舵或因壳舵附加阻力系散，公式（4 2 ) CDA 基于迎流面积的裸艇体粘性阻力系数。Dv基于排水体积Z/3次幕的裸艇体粘性阻力系数CF 裸艇休摩擦阻力系敬CFO 等价平板摩擦阻力系数Crw 指挥台回壳附加阻力系数，公式（4 0) Cg 裸艇体几何效率cpe 拙去平行中体剩余裸艇体的棱m系数，公式（3) cpv 裸艇体粘压阻力系数cs 樨艇体ill而积系数csc 尾操纵币i附加阻力系数，公式（3 6 ) Cr 基于全迎面积的总阻力系数。v基于湿面积的裸艇体粘性阻力系数ex 裸鞭休费大横截商面积系数D 裸艇体最犬直径，mH 裸艇体型深，mK 裸艇体措犬攒截丽怜的

3、纵向曲率，m-1k 归一化坐标系中，裸艇体最犬横截面外的无因次纵向曲事，公式（3) kb 首舵或阴壳舵阻力因子kr 摩擦形状因子krw 指挥台固壳阻力因子ksc 尾操纵面阻力因子L j替曲电长j支，m LE 进流J!l长度，m1ED 抽去平行中体剩余裸艇体的长径比，公式（3 ) Lp 平行中体长度，mLpE 平行中体相对长度，公式（3 ) 中国船舶工业总公司17年批准发布- 1 . CB/Z 237-87 且g指挥台回壳平均水线长度，mm 裸艇体最大横截面相对位置，公式（3) Ps 指挥台围壳侧投影面积，m1Ra 裸艇体头部曲率半径，mro 3一化坐标系中，裸艇体头都无因次曲率半径，公式（3)

4、 Rn 基于最大直径的雷诺数RL 基于最大长度的雷诺数Rn 雷诺数Rv 基于排水体积1/3次罪的雷诺数s 归一化坐标系中，裸艇体尾端处的斜卑，公式（3) Sb 首舵或回壳舵装艇后净增的湿面积，.m8tw 指挥台回壳装艇后J争增的湿面积，m18nh 裸艇体温西积，m18sc 尾操纵面装艇后净增的湿丽4页，1111ST 潜艇全湿面积mz ts 指挥台回壳最犬厚度，mUAP 附体当地平均来流速度，m/sub 首舵或阴壳舵外的当地速度，m/s。fw指挥台回壳怜的当地速度，m/s口。潜艇航速，m/svnh 裸艇体排水体积，mwsc 尾操纵面处的艇体标称势伴流de 裸艇体尾去流角，度ACT 程力综合修正系

5、数2 水滴型潜艇裸艇体线型的数学设rt方法2. 1 线型表示法如图1t设（X, R ）为裸艇体线型的绝对型值，而又X/L和r=R/L为相对的无量纲型值，则水滴型潜艇裸艇体的线型可表示为R = F ( X f L, D, Lp t LE 1 V n h，飞，鸟，K) ( l ) 或r = f ( x r LPE, LED , C p e , m , s , r 0 , k ) ( 2 ) 拗状参数LpE LED ，。pem, s和k定义如下tL p LpE=L-L; L- Lp LED 一一cpe P-4- L- E甲P品D-L 一一一vbh峰一，、n-z v-D 4阳穴、2. CB/Z 237

6、-87 L E m一L-Lp 2 ( L -I，.，）a s = - -句一z (3) R 十一一o r 2 ( L - Lp) 2 k= K D 2.2 线型设计法若巳知裸艇体的8个蚀立几何景：L、Lp、D、LE、vnh、e、Ro和K，或巳知棵棋体的？个蚀立形状参数：LpELED 、cpe、m、s、ro和k以及任一特征几何暨，则由如下的归一化坐标系中的流线型回转体的数学表达式：2r0R(m，巳十2s2S(m，）十zkKm，巳）cpeP(m，巳牛Q.(m，巳）( 4) 1 。巳图1才滴型j替般外形示意图. 3 . CB/Z 237-87 其中R( m, ） B( m；巳K( m, ） P(m;

7、 ） t(l-t)3（巳m)33 2 9 ( l 4 m - 1 4 m +6 m - 1 ）巳m3( 42m3 - 54m2+21m- 5) 一（42 m3 - 5 4 m2+21 m - 5 )已2(1-t) 2 （巳m)3(3(2Bm3-42m2+24m-5）巳2(1-m)3(42m354m2+2Tm-5) 一（4 2 m 3 - 1 2 m 2 + 4 5 m+I O )t2（巳1)3（巳m)2、(3(14m2-12m十J)t2 m 2 ( 1-m )3 ( 42m 3-5 4 m2十27m-5)- ( 1 Bm2-1 Sm+ 5 ) ) 2520t2（巳1)3（巳m)33 z 42

8、m -5 4 m +2 7 m-5 t2（巳一1) 3 ( 9 ( 9 8m4-1 6 8 m 3 +I 0 5 m 2-2 8 m+a ) t 3 m4(m一i5 Lit vnh 告fLE=( 4 mLED ( cpe + LpE) vnh -nu s一与。vu &U c r a 96 一一e -Y, + R0z(2） roLEn n3 o =TroLEhn K =+kL；D一12. 3. 2 阜出几何特征若已知蚀立形状参数，员，裸艇体的导出几何特征可1日下式计算：总长径比马D Et. ( 1 0) 、. , A . 晶, . ( 12) 马D=LED( 1十LpE)总棱形系数cPCF= (

9、 cpe十LpE)(l十LpE)-1长度元系数v牛古gv丰）LED （川湿面积元系数8nt/Vr18nvv!.h = ( 16）Cg CB/Z 237-87 式中Cg称裸艇体的几何效率，可用下式计算：( 1 3 ) ( l 4) ( l 5) ( l 6 ) Cg=l.76忡。，5 9 6 7 Lp E-1 2 5 4畔。.1609LEn-0.1225L卫一l.321Cpe z -O.Oll7BLpEs十2.564mcpe一0.03217ms2-o o o 5 z 7 5 Lin 2 z 2 +o.Ol901Cp es十0,003329LpEs-0.03716LpE LED m+O.Ol518

10、LpE 2 2 2 m s 2 +o 0 0 2 3 8 3 LP B LED + 0 0 0 0 l 8 4 8 inLEDs一o.oooooo67ILED C s2 pe 湿面积系数CsCs =CgLj;( l+LpE)-1 ( cpe+LpE)t 3 水滴型潜艇水下阻力性能估算方法3 .1 阻力分类注水滴型潜艇在深水中航行时无兴波阻力，故J总Ii且力系数CT可写为：CT=Cv Rn）十c.ip11十.6.CT(Rn)式中Cv=C F十cpv. C =C + C pv PD s a 。C十C十CAP b fw ( 1 7 ) ( 1 8) ( 1 9 ) ( 2 0) ( 21) ( 2

11、2) 其中ClD为边界层排挤作用引起的拼艇体压差阻力系数，而csa为分离阻力系数3.2 裸艇体摩擦阻力系数CF的计算潜艇摩擦阻力系数CE可用下式计算：CF=(l+KF)CFo 式中CFo可用1957年工，T. T. C.推荐的公式计算，即c -Fo一（LgRL-2)2( 2 3) ( 2 4) 丁CB/Z 237-87 而摩擦形状因子KF与雷诺散无关，且可用下式计算：l+KF=O, 9034一0, O 5 8 7 6 Lp E夺1 o o 8 m+o 1 3 4 1 c Pe +o o o o 6 6 5 2 s 2 +o o 1 2 31 Li, ro 2 4 6 7 Lp E肿0,0097

12、26LpELEo+O.03521LpE cpe-o. ooo 26 2 lLpE $2 2 2 二O.47 l 4m“一0t4714m一0,04337mLE0-0.6148mcpe+0;0003523L泸0,06698 2 2 2 LP Bm-0,00l719LpELED十0.2353LpEm一0.0003049LpELEo-0 0 0 0 0 0 9 6 46 Li:n s2 +o o o 2 6 4 6 m2马0.03743LEm2十0.00002516mcpeLins2( 2 5) 3.3 裸艇体粘压阻力系数cpv的计算设计成功的潜艇，尾部将无流动分离，故csn=O，而Cpy=CpD，且

13、可用下式计算tCpy=0,699川，2117LpE-3. 374m+o. 51 JCpe+o .o 434LE+o. 0 l 40 3LpE LEo-0,00l979LpEs24.245m2十0,06989m$20.03947LEoXCpe0,003856LEDs2十0 0 0 0 1 8 8 L Ds 2 -o l 8 9 5 m 3 s2 + 0 0 0 3 1 9 2 m 2 LED s2 ）10一3( 2 6) 3. 4 株艇体粘性阻力系散。v的叶算潜艇裸艇体粘性阻力系敬Cy可用公式（20人（23）和（2 6 ）计算对于无导弹仓盖的攻击型水滴型潜艇，计算中所需的形状参数可直接由公式（3

14、求得对于弹道导弹水滴型潜艇，其导弹仓盖可归入裸艇体持理此时，裸艇体外m是非轴对称体，其等价回转体的形状参数可用下式计算：L p L啊节、一一一r_, L- Lp j平L T m一二：一L一Lp( 21) P- LJ A甲L一TrvA H e ( l+） s =2LED乞g(4 ) 潜艇裸艇体粘性阻力的其它两种表达形式，即基于体积2/3次霖的粘性阻力系数Cnv可用下式it算：Cnv = lcv(RL( 2 9 ( 3 0) 8 . CB/Z 237-87 式中RL=LED( I+LpE)RD ( 31 ) 3.5 附体附加阻力系勒CAP的估算本文件中考虑的潜艇附体仅包括首舵或因壳舵、指挥台臣1壳

15、和尾操纵面，其它小突出体不予考虑，其阻力一律归入换算补贴中3. 5. I 附体阻力的定义第1件附体装艇后引起的附加阻力11RApi可写为ARApi =RAPi -RApi -1 i=l 2 . ( 3 2) 式中，RApi为Ir第1件附体时艇的阻力IRApl-1为拆除第1件附体时艇的阻力。当i=I时，RApi-1 =RAPO即裸艇体的粘性阻力在传统的处理方法中，第1件附体的附加阻力系数CAPi定义为：P在A CU M-2F 2、4。boE-u nu一一aL E A nu A 寸一寸Z阳刚一付R1zi =I, 2 , (33) 式中，当j=O时，SAPO即8nh 本文件中，第1件附体的附加阻力系

16、数改用符号ACAPi，且定义为ARApi AC Api ，何？川18Api式中UAPi为第1件附体的当地平均来流速度所谓“当地”是指该附体在艇体上安装位置外的来流速度，一艘可用附体导边或前缘怜的来流速度作参考，而“平均”则是指该附体安装位置处展向或高度（对指挥台回壳而吉）方向上来流速度的平均一枪，用附体前缘所在艇体位置处的艇体边界层外缘势流速度便能很好地近似UApi，以下计算皆基于这种判、理3. 5. 2 尾操纵而附加阻力系敬ACSc戎csc的估算根据经验，ACSc与裸艇体粘性阻力系数CV成正比，即1 =I, 2 , ( 3 4) ACS 。ksccv式中，尾操纵丽阻力因子ksc与Rn无关，可

17、！仅为k =fl.8 单柿，舵般入稳定翼SC lz,O 双轴，稳定翼、舵前后排列于是，传统建义的cse可用下式计算：? s _ Csc=(Acsc-cv。；口 g c-nn 3 5) ( 3 6) 式中，（1-ws c）和CV规定取RL=2107时的计算值对于前者，可用艇尾端外的值近似取代，即2 (I-Wsc=0.438十0.04779LED十0,0508S十0.6306LpEm一0.2 216 Lp B cpe +o.986lm cP e一0.0685lms一0,002193.LED-0,02717Cpe s 2 -0 . 0 0 0 8 4 3 s 4 2 z g . .b自It237 -

18、81 .1215LExm+o. 07 9 BLEC p e -0 6 7 5 5 Lp Em气。.00234m2s4+0.000021cpe s6 ( 37) 3. 5. 3 指挥台围壳附加阻力系数ACfw或Crw的估算式中，指挥台图壳水线面的翼型剖面阻力系数csx可用下式计算：如t. s s i t C . v =2Cll,.( I十2一一十60 （一一1面Eu. is is ( 3 8) ( 3 9) 式中的C.Fo可用公式（2 4)计算，其中的审诺数取基于指挥台固壳平均水线长度的值指挥台图壳阻力因子ll.fw与Rn无关，可取为k 一fo.95 元升降装置导流罩的轿4式回壳fW - l 1

19、. 6 有升降装置导流罩的普通型回壳于是。fW2. z 8s c snh年Crw= b.Crw丁了一AC80(1吨。）8sc+8nh -CV 8sc十Snh n gu + w-e fES CU-PD 一十-w -r-A -cu 式中Urw/u。可取1.021二04,CV和（1-W s c的取值规定与3.5. 2歉相同3. 5. 4 首舵或图壳舵附加阻力系散ACb或Cb的估算类似于尾操纵面，b.Cb可用下式计算：ACb=kbCv 式中，首舵或因壳舵阻力因子kb与Rn无关？可取为k 一f2. 3 回壳舵b - l 5. 3 首舵于是(40) ( 41 ) u 2 Ufw 2 S.fw ., 2 S

20、SC Cb斗ACb（可）AC川丁fSrw+ss c+sn.h -Acs c ( 1-W s c ) 8rw+8sc+Snh 8nh . 8b - av Srw+ss o十8nh 8b+8rw+8sc+8n.h ( 42) 式中ub/uo可取l.02 1. 0 4 , Cv、（1-Wsc珩.1rw/0o的取值规定与3.5. 3款相同全部附体的附加阻力系数CAP可用公式（2 2 ）计算3.6 阻力综合修正系数AO的估算本文件规定ACT与Rn无关，且暂取ACr=CI.31. 5 io-3 10 . ( 43) CB/Z 237-87 根据091、035等潜艇的数据，推荐使用ACT=1. 4 I o-J，它将包括锚穴、流水孔和其它切口；出入舱盖、带缆椿和其它小突出体，粗糙度等因素引起的阻力修正量4 实例计算上述方法可编程在袖珍计算机上计算对两条实艇的有效马力进行计算，与原来通过模型试验获得的结果作比较，其百分误差列于表1中表1本方法与模型试验获得的有效马力间的百分误差阶 4 8 12 16 20 核动力水滴型潜艇091。0. 2 。.4 0. 1 。常规动力潜艇035 。0. 5 0. 6 0 7 o. B 附加说明本标准由中国船舶王业总公司第七O二研究所提出，由军船理论组归口本标准由七O二研究所负责起草本标准起草人：沈混萃11 .