船模阻力試驗(yàn)(本科生)

船模阻力試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)試驗(yàn)的方法，得到船模阻力與航速之間的關(guān)系曲線，學(xué)會(huì)由模型試驗(yàn)結(jié)果推算實(shí)船阻力性能的方法，并根據(jù)船模阻力曲線預(yù)報(bào)實(shí)船在指定航速時(shí)所需的有效功率。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1、拖車(chē)；2、船模阻力儀（或適航儀）；3、數(shù)據(jù)采集與分析處理器；4、導(dǎo)向器；5、船模（包括壓載物）。三、試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

1、對(duì)拖車(chē)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行檢查，保證其工作的穩(wěn)定性；對(duì)所使用的儀器、設(shè)備如阻力儀、適航儀等進(jìn)行標(biāo)定檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理器工作穩(wěn)定性；

2、檢查拖車(chē)軌道的表面是否清潔，不允許有雜物和水、油滴等。如有，則用干布拭去；

3、檢查池水表面是否清潔無(wú)灰塵、油污，如有，則需去除（刮水面）；

4、檢查水溫測(cè)量裝置工作是否正常，并記錄水池水溫（在水深方向的溫差應(yīng)小于2℃）；

5、調(diào)整船模的排水量、浮態(tài)，使其符合試驗(yàn)要求，同時(shí)船模在水下部分的表面上應(yīng)無(wú)氣泡；

6、導(dǎo)向器的安裝應(yīng)靈活可靠，激流絲的安裝要正確，參見(jiàn)圖1；

7、拖點(diǎn)的位置以及拖力的方向要與實(shí)船一致，對(duì)于一般的排水量船，通常拖點(diǎn)高度就取在水線面上。圖1模型安裝示意圖四、試驗(yàn)程序

按照事先擬定的試驗(yàn)速度啟動(dòng)拖車(chē)，待拖車(chē)到達(dá)穩(wěn)速狀態(tài)后釋放船模制動(dòng)器，開(kāi)始測(cè)量船模阻力和相應(yīng)的前進(jìn)速度。阻力測(cè)量的誤差一般應(yīng)小于±50mN，速度誤差應(yīng)小于0.1%。在拖車(chē)穩(wěn)速段即將結(jié)束前（或者在測(cè)量已經(jīng)完成時(shí)）停止記錄，制動(dòng)船模，再使拖車(chē)減速直到停止。然后以低速將拖車(chē)退回到試驗(yàn)起始位置，等待水面平靜后（等水）再做下一航次試驗(yàn)。為提高試驗(yàn)精度和重復(fù)性，建議遵循以下原則：

1、先用中等速度（1.0m/s左右）將船模拖行一次（破水），不進(jìn)行測(cè)量，目的是造成水面有一定的初始紊流度；

2、各航次試驗(yàn)的間隔（等水時(shí)間）應(yīng)不少于10分鐘，高速航次的時(shí)間間隔應(yīng)更長(zhǎng)些；

3、如可能，高速點(diǎn)與低速點(diǎn)航次應(yīng)穿插進(jìn)行，而不是由低速至高速或者由高速至低速依次遞增（遞減），目的是使各航次試驗(yàn)的初始紊流度大體相同；

4、試驗(yàn)過(guò)程中，將每個(gè)速度所對(duì)應(yīng)的船模阻力值點(diǎn)繪在坐標(biāo)紙上，以便隨時(shí)檢查阻力曲線的光順程度，判斷試驗(yàn)結(jié)果是否可信。對(duì)于有疑問(wèn)的試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)及時(shí)重做，或在其附近增加試驗(yàn)點(diǎn)；

5、記錄水池水溫。五、試驗(yàn)結(jié)果的處理首先，將船模阻力試驗(yàn)結(jié)果繪制成阻力與速度的關(guān)系曲線，如圖2所示；然后按照光順后的曲線，重新選取航速與阻力值對(duì)應(yīng)點(diǎn)，再進(jìn)行換算出實(shí)船有效功率，并繪制出實(shí)船有效馬力—航速之關(guān)系曲線圖。如果實(shí)驗(yàn)水池的阻塞比過(guò)大，還應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行阻塞修正，然后再換算到實(shí)船。船模阻力試驗(yàn)結(jié)果記錄表項(xiàng)目單位數(shù)值Vmm/sRTmN圖2船模阻力曲線圖由船模阻力試驗(yàn)結(jié)果換算到實(shí)船有效功率的方法可選用下述兩種方法之一：

1、1978年15屆國(guó)際船模水池會(huì)議（ITTC）推薦的三因次換算方法；

2、我國(guó)習(xí)慣使用的二因次換算方法三因次換算方法：

：船?？傋枇ο禂?shù)；

RTm

：船?？傋枇Γ∟）；：池水密度（kg/m3）；：船模濕表面積（m2）；：船模速度（m／s）；：剩余阻力系數(shù)；：船模摩擦阻力系數(shù)，按1957年國(guó)際船池會(huì)議（ITTC）建議的公式計(jì)算：：船模雷諾數(shù)，；

Vm

：船模航速（m/s）；：船模的水線長(zhǎng)（m）；

νm：池水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，（m2/s）；

可根據(jù)船模在低弗勞德數(shù)（Fr=0.1-0.2）范圍的試驗(yàn)結(jié)果按下式算出：

式中（1+K）、A、n等數(shù)值由最小二乘法確定，指數(shù)n的范圍一般為2～6。也可采用普魯哈斯卡方法進(jìn)行計(jì)算確定。（注：為了獲得最小的標(biāo)準(zhǔn)誤差，應(yīng)對(duì)船模阻力試驗(yàn)結(jié)果作出曲線，經(jīng)光順后重新選取航速與阻力值對(duì)應(yīng)點(diǎn)再進(jìn)行（1+K）等值的計(jì)算。）無(wú)舭龍骨實(shí)船的總阻力系數(shù)CTS：

CTS=（1+K）CFS+CR+△CF+CAA

：實(shí)船摩擦阻力系數(shù)，按1957年國(guó)際船池會(huì)議（ITTC）建議的公式計(jì)算；

CR

：剩余阻力系數(shù)，等于船模在對(duì)應(yīng)速度時(shí)的剩余阻力系數(shù)，

λ：為船模的縮尺比；：實(shí)船表面粗糙度附加系數(shù)，按下列公式計(jì)算：式中Ks——船體表面粗糙度，一般可取為150×10-6m；：空氣阻力系數(shù)

AT：船舶水線以上主體及上層建筑在中橫剖面上的投影面積（m2）；

SS：實(shí)船濕表面積（m2）；有舭龍骨實(shí)船的總阻力系數(shù)CTSb：式中S——實(shí)船無(wú)舭龍骨時(shí)的浸濕面積（m2）；

Sbk——實(shí)船舭龍骨的浸濕面積（m2）；實(shí)船的總阻力

：實(shí)際海水密度（kg/m3），此處取

15℃海水密度；

Ss

：實(shí)船濕表面積（m2）；

Vs：實(shí)船速度（m／s）；實(shí)船有效功率

(hp)二因次換算方法

實(shí)船裸船體（不包括附體）總阻力系數(shù)按下式計(jì)算:

式中：CR——剩余阻力系數(shù)，等于船模在對(duì)應(yīng)速度為時(shí)的值，即：

其中CFS和CFm是實(shí)船和船模的摩擦阻力系數(shù)，按1957年國(guó)際船池會(huì)議建議的公式計(jì)算，△CF是摩擦阻力附加補(bǔ)貼值（或稱(chēng)相關(guān)因子），習(xí)慣上取:實(shí)船的總阻力和有效功率:

(N)(hp)

為了考慮附體阻力和空氣阻力，多采用增加一個(gè)百分?jǐn)?shù)的辦法:

例如：?jiǎn)螛母襟w主要是舭龍骨，通常取裸船體阻力的2％，空氣阻力也取裸船體阻力的2％；雙槳船的附體較多，有伸出在船體之外的尾軸和尾軸架等，習(xí)慣上取裸船體阻力的7～9％。實(shí)船有效功率計(jì)算

(可采用列表計(jì)算的方法)

Vm（m/s）FrRTm

(N)CTmRemCFm(1+K)Cr………Vs(kn)FrResCFsCTsRTs

(KN)PE(hp)………根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制有效馬力曲線

六、試驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容及要求船模阻力試驗(yàn)完成后，應(yīng)做出正式的試驗(yàn)報(bào)告，主要包括以下內(nèi)容：

1、試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

2、試驗(yàn)中用到的儀器設(shè)備及其性能參數(shù)等；

3、船模的主尺度和縮尺比（必要時(shí)應(yīng)附有船中橫剖面圖和首、尾側(cè)面圖等）；

4、船模的重量、吃水狀態(tài)、制作材料以及激流方法和試驗(yàn)日期等的說(shuō)明；

5、阻力試驗(yàn)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，包括每個(gè)航次的速度和對(duì)應(yīng)的船模阻力值，以及試驗(yàn)當(dāng)時(shí)測(cè)得的池水溫度；

6、船模阻力曲線圖，圖上標(biāo)明各試驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)際位置；

7、由船模阻力試驗(yàn)結(jié)果換算到實(shí)船有效功率的計(jì)算過(guò)程，可用列表的形式給出；

8、實(shí)船有效功率與航速的關(guān)系曲線圖；