进流段

进流段是指船体结构的一部分。大部分船舶都是首尾有线形变化，中部为平行中体，首部有变化的部分为进流段，尾部有变化的为去流段。

进流段结构概念

进流段与去流段（run）对应，指船舶设计水线面下，最大横剖面或平行中体到船体前端的部分。船舶专业术语定义：The immersed body of the ship forward of the parallel body。

进流段阻力影响

研究背景

船在有限水深航道中航行时，往往引起它的流体动力性能的重大变化，表现为沿着船湿表面的流体动压力的分布发生变化，从而使船的阻力也发生变化，那么，如何去求解这种变化呢？众所周知，解这类任意形状船的问题，碰到了暂时还无法克服的障碍，即使是深水状态也是如此。

在浅水中，由于必须考虑表征水流附加边界—水底的存在，因而在定解问题上又增加了困难。浅水对船舶流体动力特性的影响程度，取决于船的营运航速与临界速度的接近程度，在临界速度附近，表现为运动特性的不稳定以及作用在船上的流体动力发生急剧的转变。

浅水船舶流体动力特性的具体研究，多半是针对船舶的某些航行性能进行的，为数最多的文献都是讨论船舶快速性问题，主要是讨论船舶运动的水阻力。船舶运动的总的水阻力，通常表示为粘性分量和兴波分量之和，浅水对其中的每一个分量都有影响，尤以对兴波分量的影响最大。浅水同时还对速度场和压力场的特性产生影响，在浅水中，粘性阻力的性质决定于运动着的船和水底附近的速度场和压力场的特点。发表的大多数著作都是关于兴波阻力的理论和试验研究的，浅水对粘性阻力的影响没有得到充分的研究，但对干普通的排水型船舶，粘性阻力却占总阻力的60-80%。

应当指出，求解浅水状态下船舶运动的水阻力是很困难的，首先是边界条件的非线性，其次，自由表面形状事先又是未知的，并且又是时间的函数，而实际的船体表面又很复杂，通常不能用解析方法来表达。因此，用实验的方法来探索船型变化对浅水阻力的影响仍不失为一种可靠的方法。

从船舶设计的角度。关心的是船体形状与总阻力之间的关系，传统的观点是，深水阻力较好的船，其在浅水中航行时，阻力不会太差，这种设计观点一直沿用，这对不经常航行于浅水的船来说，问题不大，但随着江海联运及内河航运的发展，越来越多的船长期营运于浅水航道，这就要求设计浅水阻力最佳的船了。本文就是试图从一些最基本的船体参数中选择进流段长度作为研究肥大型船浅水阻力特性的突破口，希望得出一些能为船舶设计提供参考的数据或经验公式。

模型的确立

对于中、低速船，船体长度大致分为三段，即进流段、平行中体和去流段。适当地采用平行中体从经济性角度讲可以简化施工工艺，降低造价，从实用性角度讲可以增加仓容，满足船的载重量要求，在排水体积一定的情况下，适当地设有平行中体可使船首尾两端尖瘦，在中低速情况下，对减少兴波阻力和粘压阻力均有利，这是设置平行中体对阻力性能有利的一面，但另一方面，由于平行中体的存在，船的进流段和去流段到平行中体之处将形成“前肩”和“后肩”，易于产生肩波和旋涡，这是对阻力性能不利的一面，在不同的航速下，这种影响将是不同的。平行中体的位置也取决于航速。低速船为了尽量减少粘压阻力，就要保证去流段有足够的长度，所以平行中体的中心在船中之前，致使进流段较短，随着航速的增加，兴波阻力成分逐渐增长，这时特别要避免前肩波系与船首波系发生不良干扰，因而要求进流段L_p有一定的长度。贝克图认为，避免前肩波系干扰的最短进流段应为：

由浅水效应理论分析可知，在相同航速下，当h/T下降到某一数据时，阻力会急剧上升，这是因为随着水深的减小，水深佛鲁德数的增加，各种阻力成分都会增加，并且其阻力成分比例也随之改变，这样，原来在深水中按低速船设计的阻力性能优良的船型，在浅水中就未必优良了。

而浅水兴波阻力是与水深佛鲁德数直接相关的，在相同速度下，水越浅，则水深佛鲁德数越大，浅水兴波也越大，这时，原来按深水情况下设计的平行中体、进流段、去流段长度就不一定适合于浅水了。应将进流段适当增长，以减瘦首部线型，减少兴波阻力，这对总阻力是有利的。但在平行中体长度一定的情况下，一味地增长进流段则意味着去流段的减少，粘压阻力将增加，到一定程度后，总阻力不仅不能减小，还有可能增加。

研究结论

平行中体的长度及位置对浅水阻力是有影响的，对于低速肥大型船，存在着最佳的平行中体位置，在分析试验的基础上，提出上述几个经验公式可供设计部门参考。虽然本文选取的母型为海船，但对内河大方形系数的船的设计也有积极的指导意义。由于国内浅水阻力的系列试验进行的太少，因此对试验结果进行正确的分析还缺乏经验，再加上实验设备的限制，试验还停留在对比定性的水平上，还未能对浅水阻力给出足够精度的定量测定，即使这徉，所得出的结论仍对船舶设计工作者具有积极的参考价值。

进流段参数设计

在水下航行器设计中，流线型回转体以其几何形状简洁、具有优良的流体动力特性被广泛应用于工程实际中，人们对此外形设计有不少的研究。本文通过严格的数学推导，提出一种含有平行中体的流线型回转体进流段外形设计方法，并采用势流理论，计算得到其表面的压力分布，为回转体形体的数字化设计和流体动力性能优化创造了条件。

回转体进流段参数化设计

（1）回转体外形几何参数

如《回转体外形图》所示：L为回转体最大长度；D为回转体直径；L_f为进流段，回转体头部到最大宽度起点部分；L_m为平行中体，最大宽度的起点到终点部分；L_a为去流段，最大宽度终点到尾端部分。

（2）回转体型线基本要求

物体在水下航行时，其型线必须是流线型，以保证其表面的流动是连续的、平滑顺畅的。因此，在建立流线型回转体数学表达式时，首先须解决如何用数学方法来定义或描述流线型。我们知道，流函数为常数时是1条流线，而流函数满足的不可压轴对称势流的流函数方程是二阶偏微分方程。由此可以确定，回转体型线的表达式需要具有二阶导数连续，以保证所表示的回转体型线能满足流动连续平滑的基本要求，即：

（3）参数化型线表达式

为了使建立的回转体型线表达式能满足各种约束条件要求，如布置、性能和声学等，数学表达式中须含有可调参数，通过改变可调参数的数值，来改变型线的几何外形，即该表达式是能描述一簇流线型曲线系列。可调参数的选择与确定须遵循以下几个基本准则：

1)可调参数必须是独立的；

2)型线的几何外形对可调参数比较敏感，以达到有效调控回转体型线的目的；

3)在可调参数数值允许变化范围内，应使数学表达式所表示的型线范围尽可能大，以扩大适用范围；

4)可调参数应具有一定的几何意义，反映型线的主要几何特征，以便于设计人员在应用时可以根据所涉及的型线的需要，迅速确定可调参数的数值或调整方向。表达式中的可调参数不宜过多，一般为单参数或双参数。因为，虽然可调参数越多包括的型线越多，但也越没有特点，应用起来也越不方便。

回转体进流段表面压力计算

水下航行器在水下航行时，由于水的粘性作用在其表面会形成一层边界层，边界层以外，流体的粘性作用很小，可以当做理想流体来处理。粘性对物体表面压力分布的影响主要在边界层的排挤效应，它相当于改变了物体的形状，进而改变了其表面的压力分布。而在回转体进流段部分，边界层较薄，其表面压力分布受粘性影响较小，故在研究回转体进流段表面压力分布时，可忽略薄边界层影响，采用势流理论，确定其表面的压力分布。

求解回转体外部势流采用奇点法，其基本思想是在空间分布强度变化的奇点，如点涡、源、汇、偶极子等。通过调整这些奇点的强度分布使之满足物面条件，便可逼近绕物体的势流场。沿轴线分布源汇的线元法是工程上广泛使用的基本解法之一，其计算原理是：对于静止物体，物面上理想流体的法向速度为0，理想流体沿艇体表面流动，因此其表面是1条流线。根据流函数的等值线是流线的性质，流函数方程的物面边界条件可以用流函数在表面上为常数来表示，在工程上一般取物面作为0流线。

研究结论

首先采用几何边界条件的待定系数法，推导出回转体进流段双参数型线表达式，再利用建立在势流理论基础上的轴线分布源汇的线元法，将回转体轴上分布的源汇离散，计算得到节点处的源强，进而求得各个控制点上的速度和回转体型线的压力分布，最后采用此方法计算了SUBOFF的前体段压力分布，与模型试验结果比较表明，其结果是可信的，由此可以得出以下结论：

1)提出的回转体进流段双参数型线表达式满足二阶导数连续，是真正的流线型；

2)以头部曲率半径r_o和与平行中体交接处曲率变化率k_s1作为可调参数，建立了双参数流线型回转体进流段型线表达式，通过调整参数，可得到满足不同条件的回转体型线，并为回转体型线进一步研究打下了基础；

3)以势流理论为基础的压力数值求解方法可快速计算得到回转体进流段型线表面压力分布，并且其计算结果是可信的。