方形係數

方形係數是表達船舶水下形狀的肥瘦程度的重要數據，是排水量和船舶各主要尺度間的紐帶，它由下列

公式計算得出：

式中：

為船舶排水體積，單位為立方米；

L為該排水體積的狀態時的水線長度，單位為米；

B為船寬，單位為米；T為該排水體積的狀態時船舶吃水，單位為米。

一般認為，方形係數越小的船舶越狹長，例如軍艦；方形係數越接近1的船舶越肥大。

船舶船池試驗的時候，一般要保障模型和母型船舶的方形係數相同。 ^[2] 

較大，表示船體形狀接近長方體。此種類型對船體內部的艙室佈置、機艙佈置是有利的，因而，若

過小，則船舶首尾尖瘦，給佈置帶來困難，尤其是對尾機型船，將不利於機艙和軸系的佈置。 ^[3] 

由浮力平衡方程式知，若排水量保持一定，僅增加

，則船舶主尺度相應減小。並且船體鋼料重量將減輕，造價下降。同時，因為船舶總重量不變，空船重量減輕，使載重量相應增加，所以，在佈置條件滿足的情況下均取較大的方形係數。 ^[3] 

航速一定時，保持主尺度不變而改變

，將引起總阻力的變化，如圖1所示。該圖系由船模試驗所得的單位排水量總阻力與

的關係曲線，分析該試驗結果可得以下結論：

第一，在F_N等值曲線上有一R/Δ的最低點説明在一定的相對速度下，可找到一個對應阻力最低的方形係數，我們稱之為最佳方形係數。圖1中曲線①即各等值F_N曲線上的最低點連線，它表明了F_N與最佳

的對應關係：速度越大，最佳

越小。

第二，F_N等值曲線變化不均勻。在最佳

附近的曲線變化緩和，這一範圍內，

適當加大而R/Δ的值增加幅度較小，但在一定的增值後，

增加將使阻力急劇增加，這一

即阻力增加的臨界點，稱為臨界方形係數，即圖中曲線②所對應的值。

實際船舶的方形係數一般都在曲線①和曲線②所示的最佳

和臨界

範圍內選擇。對於一般貨船，因其所需的浮力較大，若取最佳

則尚須增加主尺度，使鋼料重量和造價提高，載重量減少；反之，如適當增大

，雖然對航速有一定影響，但主尺度的減小將對經濟性有利，所以對這類船，通常取接近臨界值的

，這種方形係數亦稱經濟方形係數。 ^[3] 

較大，表示船體豐滿，風浪中的橫搖角增加，相對瘦削船來説不易維持其速率。肯特曾指出，波高僅3.4ft的波浪就能使豐滿船的阻力增加15%左右。當

<0.75，失速率則在10%以下。 ^[3] 

確定

時，應根據設計船的具體情況採用不同的處理方法，主要取決於預期的航速和已選定的船長。

小型工作船(如拖船等不載貨的船)因船小，而相對速度較大，當

<0.60時，有許多船將p=0.895的峯區中航行，如圖2所示，而L/B通常又較小，為降低阻力，一般取較小的

。

客船的主尺度基本上是根據佈置需要而確定的，通常主尺度較大而排水量相對較小，因而

的確定主要是滿足重力與浮力的平衡。當船舶主尺度及排水量初步確定後，利用

公式即可初步確定出

。對於船長、船寬和吃水受航道限制的淺水船舶，方形係數主要取決於排水量，故常按浮力要求確定，為滿足浮力要求，其

值有時較大，如淺水拖輪的

較深水拖輪大，一般在0.55~0.65之間，見圖3。

對於航行於淺水或經常出入河港的小型運輸船舶，由於航線較短，停港時間相對較長，且吃水受限制，故適當加大

以減小主尺度、適應停港要求。從經濟性出發，取大的

也是有利的，所以這類船常取臨界

。

圖4為名家所建議的

值。方形係數的確定一般可按下面幾種方法： ^[3] 

根據上述

公式，當初步選定了主尺度和排水量後，滿足浮力要求的

可直接求得。 ^[3] 

圖3為不同類型船舶的

值範圍。也可按以下統計公式確定；

內河客船

式中：

——特徵數，

。

該式適用於F_N為0.25~0.33的中速內河客船，對於以載貨為主的客貨船及吃水與長度限制較大的小船偏差較大。對長江下游的大型客船，上式的誤差亦較大，而卡爾波夫公式較為適用：

圖5為長江船不同F_N時的臨界

值，可作為初步確定長江船

的參考。

亞歷山大提出的確定

的公式是：

式中：V——航速，kn；

L——船長，ft；

k——係數，一般在1.04~1.08之間，拖船取1.08，V為自由航速；我國內河小拖輪則取1.10；高速定期貨船常取1.06，沿海小油船

一般為0.63~0.75，k取1.10。

沿海船

當

時，可按上式計算；當

為1.0時，

應按上式結果減去0.01；當

為1.10時，

應按上式結果減去0.03；當

為1.20時，

應按上式減去0.064。

根據上述公式及一些實船資料，給出

與FN的關係曲線，如圖6所示。 ^[3]