船舶試驗(yàn)技術(shù)復(fù)習(xí)大綱VIP

1、1.1 船舶性能實(shí)驗(yàn)的途徑和內(nèi)容一.船舶性能實(shí)驗(yàn)的途徑船舶性能實(shí)驗(yàn)的作用：船舶性能實(shí)驗(yàn)是研究船舶航行性能、進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)、發(fā)展船舶技術(shù)的重要方法。船舶性能實(shí)驗(yàn)有以下兩種途徑：1.實(shí)船試驗(yàn)實(shí)船試驗(yàn)是實(shí)船在實(shí)際環(huán)境條件下進(jìn)行的試驗(yàn)。實(shí)船試驗(yàn)?zāi)塬@得實(shí)船的最終性能；但實(shí)船試驗(yàn)受自然環(huán)境條件的限制，需要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。 雖然船模試驗(yàn)在許多方面具有實(shí)船試驗(yàn)不可比的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)船試驗(yàn)也仍是研究船舶性能中不可缺少的方法。2.船模試驗(yàn)船模試驗(yàn)是用船模在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。船模試驗(yàn)不受自然環(huán)境條件的限制，試驗(yàn)內(nèi)容可以多種多樣，且可重復(fù)進(jìn)行。有些破壞性試驗(yàn)，例如船舶翻沉原因試驗(yàn)等，只有采用船模試驗(yàn)。此外

2、，船模試驗(yàn)花費(fèi)的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間都比實(shí)船試驗(yàn)少得多。船模試驗(yàn)結(jié)果要用恰當(dāng)?shù)膿Q算方法，來預(yù)報(bào)實(shí)船的性能。由于船模的試驗(yàn)狀態(tài)與實(shí)船不可能完全相似，而采用的換算方法也不可能考慮到影響船舶性能的所有復(fù)雜的因素，因此船模試驗(yàn)也有其局限性。 二、進(jìn)行船舶性能實(shí)驗(yàn)的意義：1. 預(yù)報(bào)新船的性能指標(biāo)；2. 比較不同船舶的性能優(yōu)劣；3. 驗(yàn)證理論研究和數(shù)值模擬的結(jié)果；4. 發(fā)現(xiàn)新的船舶特性、開發(fā)新的船舶技術(shù)。1.2 相似準(zhǔn)則一、幾何相似1. 幾何形狀相同，且對應(yīng)尺寸成同一比例；Ls/Lm=CL （長度比尺）2. 對應(yīng)角度相等。 一般船模試驗(yàn)應(yīng)滿足幾何相似的條件。但備用槳模自航試驗(yàn)就不滿足螺旋槳幾何相似。 二

3、、運(yùn)動相似1. 對應(yīng)點(diǎn)上的速度方向相同，大小成同一比例。即： Vs/Vm=Cv (速度比尺)2. 對應(yīng)點(diǎn)通過對應(yīng)距離的時(shí)間也相同。即： Ct = ts/tm =(Ls/Vs)/(Lm/Vm)=CL / Cv (時(shí)間比尺) 3. 對應(yīng)點(diǎn)的加速度也相似。即： Ca= as/am =(Vs/ts)/(Vm/tm)=Cv / Ct (加速度比尺)三、動力相似船舶試驗(yàn)常用的動力相似準(zhǔn)則有：全動力相似：如果船模與實(shí)船的所有相似準(zhǔn)數(shù)都相同，則船模與實(shí)船滿足全相似定律。進(jìn)行船模試驗(yàn)時(shí)，要求滿足全動力相似是不可能的(主要是Re數(shù)不能相同)。為此，只能要求滿足部分動力相似條件。2.1 測量誤差及其分類誤差是測量值

4、xi與真值之差，即i = xi -。了解誤差的種類、性質(zhì)、產(chǎn)生的原因，采取有效的方法來處理實(shí)驗(yàn)測量值中的誤差，保證在一定條件下得到的試驗(yàn)結(jié)果有一定程度的可靠性。 根據(jù)誤差的性質(zhì)可分為：一、系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是在同一條件下多次測量同一量值時(shí)，其誤差的符號與絕對值大小保持恒定的誤差。又稱恒定誤差。系統(tǒng)誤差反映了測量的準(zhǔn)確度。 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因可以是測量工具不完善，試驗(yàn)裝置安裝、布置及調(diào)整不當(dāng)，測量方法錯(cuò)誤，測量人員的感覺器官和運(yùn)動器官不完善，外界環(huán)境因素變化等。 二、隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差是在同一測量條件下，多次測量同一量值時(shí)，誤差的符號與絕對值的大小以不可預(yù)定的方式變化的誤差。隨機(jī)誤差反映了測量系統(tǒng)的

5、精密度。 隨機(jī)誤差是由許多尚未掌握的微小因素引起的。如溫度、濕度的變化、空氣振動、電壓波動、測量設(shè)備中零部件配合不穩(wěn)定、人員視覺和讀數(shù)技術(shù)的差異等因素造成的。 隨機(jī)誤差可以用概率統(tǒng)計(jì)的方法加以描述和分析。三、粗大誤差粗大誤差是偶然發(fā)生的、數(shù)值偏大的誤差。 粗大誤差是由于差錯(cuò)引起的。測量時(shí)人為地讀錯(cuò)、記錯(cuò)，儀器儀表突然跳動，實(shí)驗(yàn)狀態(tài)尚未達(dá)到預(yù)期的條件就匆忙開始測量和記錄等，都是引起粗大誤差的原因。 粗大誤差的測量值屬于“壞值”，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)把它從測量值序列中剔除掉。2.2 系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差是固定的或按一定規(guī)律變化的誤差，不能用處理隨機(jī)誤差的方法來處理它。必須針對不同情況，采取不同的

6、處理方法。 系統(tǒng)誤差的存在對測量結(jié)果會有嚴(yán)重影響，必須消除或?qū)⑵浣档阶畹统潭取?判別系統(tǒng)誤差存在的方法通常有以下兩種： 1. 觀察偏差的趨勢1）把測量數(shù)據(jù)的偏差按測量次序先后排列。如果發(fā)現(xiàn)偏差有規(guī)則地只向一個(gè)方向演變，例如前段的偏差為負(fù)號，后段的偏差為正號，則含有累積的系統(tǒng)誤差。 2）按照測量的次序分別求出前半段和后半段數(shù)據(jù)偏差的總和。若兩段總和的差值顯著地不接近于零時(shí)，則含有累積的系統(tǒng)誤差。 3）把數(shù)據(jù)的偏差按測量順序排列。如果偏差的符號作周期性變化，則含有累積的系統(tǒng)誤差。 4）如果是動態(tài)測量，則觀察其記錄曲線。若記錄曲線的平均水準(zhǔn)線保持水平，則表明數(shù)據(jù)中不包含變化的系統(tǒng)誤差。若平均水準(zhǔn)線由

7、低到高或由高到低，則有累積的系統(tǒng)誤差；若平均水準(zhǔn)線作周期性變化，則有周期性系統(tǒng)誤差存在；如果平均水準(zhǔn)線作復(fù)雜規(guī)律變化，則有復(fù)雜變化的系統(tǒng)誤差。2. 正態(tài)分布判別法1）用正態(tài)概率紙來判別。把測量數(shù)據(jù)列成頻率分布表，然后作圖，以數(shù)據(jù)值為橫坐標(biāo)，以累計(jì)概率為縱坐標(biāo)，連線如圖所示。如果各點(diǎn)在一條直線上（尤其是中間點(diǎn)），則表明測得的數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，只含隨機(jī)誤差，而無系統(tǒng)誤差。反之，表示測量數(shù)據(jù)含有系統(tǒng)誤差。2）用公式來判別。若測量數(shù)據(jù)只含隨機(jī)誤差，則數(shù)據(jù)與算術(shù)平均值的平均偏差與標(biāo)準(zhǔn)差間有下列關(guān)系： = 0.7979 式中： 如果計(jì)算出的和，與上式的關(guān)系相差很大，則表明測量數(shù)據(jù)中含有系統(tǒng)誤差。 3）變化

8、測量條件來進(jìn)行判別。在一種條件下測量，數(shù)據(jù)誤差有一種符號。當(dāng)上述條件消失或發(fā)生變化時(shí)，誤差即改變符號。這樣就可以發(fā)現(xiàn)隨測量條件變化而變化的固定系統(tǒng)誤差。二、系統(tǒng)誤差的減小和消除 1以修正值的形式加到測量數(shù)據(jù)中，消除系統(tǒng)誤差； 2在實(shí)驗(yàn)過程中消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素； 3選擇合適的測量方法，使系統(tǒng)誤差得以抵消，而不致帶進(jìn)測量數(shù)據(jù)中去。 上述途徑的選擇應(yīng)根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來定。 2.3 隨機(jī)誤差分析一、隨機(jī)誤差的特性根據(jù)誤差理論，大多數(shù)隨機(jī)誤差都遵從正態(tài)分布。遵從正態(tài)分布的誤差具有下述4個(gè)特征。1. 有界性：一定條件下的有限測量中，誤差的絕對值不超過一定的界限。絕對值很大的誤差的概率近于零。 2. 對

9、稱性：絕對值相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相同。 3. 單峰性：絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率比絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率大。4. 抵償性：同一條件下多次測量同一值時(shí)，其誤差的算術(shù)平均值隨測量次數(shù)的無限增加而趨于零。利用這個(gè)特征，可采用增加測量次數(shù)的方法減少隨機(jī)誤差的影響。二、隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特性1. 正態(tài)分布概率密度函數(shù)正態(tài)分布(高斯分布)是最常見的一種連續(xù)分布。理論上，若某一隨機(jī)過程是由大量的相互獨(dú)立的隨機(jī)因素的綜合影響所致，且每一個(gè)因素在總的影響中所起的作用都是微小的，這種隨機(jī)過程往往服從正態(tài)分布。概率密度函數(shù)：x:隨機(jī)過程的平均值；2x:隨機(jī)過程的方差。2正態(tài)分布的分布函數(shù)(補(bǔ))式中(x)為均值為0，

10、方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布(誤差)函數(shù)。用數(shù)值積分或查表得到。當(dāng)t=3時(shí)，lim=3，1-2(t)=0027，是一個(gè)很小的概率，屬于不可能發(fā)生的事件。通常把lim=3稱為單次測量的極限誤差。3算術(shù)平均值隨機(jī)過程x的概率密度函數(shù)為f(x)，其數(shù)學(xué)期望定義為概率分布曲線面積中心的橫坐標(biāo)。數(shù)學(xué)期望可以理解為隨機(jī)過程 x 的平均值。實(shí)際上我們只能處理有限的隨機(jī)變量，如求由觀測得到的某個(gè)量 x1,x2,x n 的數(shù)學(xué)期望，則得：4方差和均方差方差表示隨機(jī)量x在數(shù)學(xué)期望x周圍的分散程度，定義為：方差的單位是隨機(jī)過程單位的平方，這可能給應(yīng)用帶來不便，通常取方差平方根的正值作為隨機(jī)過程x 對于均值偏離程度的量度，

11、稱為均方差或標(biāo)準(zhǔn)差，記作：2.4 粗大誤差的防止和消除 常采用3準(zhǔn)則來判斷：對某測量值，若有隨機(jī)誤差，且測量次數(shù)足夠多時(shí)，可按隨機(jī)誤差正態(tài)分布規(guī)律來檢驗(yàn)，凡大于3 的測量值可認(rèn)為是粗大誤差，應(yīng)作為“壞值”剔除。 2.5 測量結(jié)果的表示方法一、直接測量結(jié)果表示方法 當(dāng)不需要給出誤差時(shí)，直接用測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值來表示測量值的真值，即：x = x； 當(dāng)需要給出最大可能誤差時(shí)，可用3作為最大可能誤差，表達(dá)為： 當(dāng)需要給出其他誤差值時(shí)，可采用其他相應(yīng)的公式。 二、間接測量結(jié)果表示方法間接測量結(jié)果的表達(dá)，首先要按所確定的函數(shù)關(guān)系求出間接測量的精度參數(shù)。有兩種途徑可循： 1用直接測量參數(shù)的誤差來求間接測量

12、量的誤差 設(shè)各直接測量參數(shù)x1,x2,x3 ，與間接測量值y之間存在如下函數(shù)關(guān)系：y = f (x1,x2,x3 ) 若各直接測量參數(shù)的誤差分別為x1, x2, x3, 。則間接測量值的誤差可按泰勒函數(shù)展開，略去高階項(xiàng)后，得：而間接測量值的標(biāo)準(zhǔn)差為：間接測量的真值，用測量數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的算術(shù)平均值來表示。 第三章 試驗(yàn)水池和模型3.1 試驗(yàn)水池一、拖拽水池拖拽水池的長度由下式?jīng)Q定： 式中，Vmax：拖車的最大拖曳速度； a1,a2：拖車啟動、制動時(shí)允許的加速度； L1：拖車速度穩(wěn)定段長度L1 3Lm； Vmaxt1：測量段長度，t1測量時(shí)間； Lm: 模型長度； L設(shè)備：水池兩端船塢及造波機(jī)長度

13、。 拖拽水池的寬度和深度，應(yīng)考慮消除池壁和池底對船模試驗(yàn)的阻塞效應(yīng)。與船模長L、寬B、吃水T、航速V有關(guān)。拖拽水池兩側(cè)的池壁應(yīng)保持平整，不應(yīng)出現(xiàn)波紋形凹凸，否則將影響造波質(zhì)量。 水池的池底或深水池中安裝的假底必須在同一水平面內(nèi)保持平整。 拖拽水池兩側(cè)的鋼軌沿整個(gè)池長都應(yīng)保持平整，不應(yīng)出現(xiàn)水平和垂直方向波紋形凹凸，否則將影響拖車速度的平穩(wěn)性，軌道的安裝和使用中都有較高的精度。 模型試驗(yàn)要求拖車運(yùn)行時(shí)，在試驗(yàn)速度范圍內(nèi)能實(shí)行無級調(diào)速，且速度平穩(wěn)。因此，對拖車的結(jié)構(gòu)、拖動系統(tǒng)的機(jī)械特性，都有嚴(yán)格要求。 3.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?、?zhǔn)相似問題在船舶試驗(yàn)中，一般模型與實(shí)物應(yīng)滿足幾何相似。但在有些試驗(yàn)中，受各種條

14、件的限制，往往不能做到幾何相似。如常用幾何形狀和尺寸不完全相似的備用槳進(jìn)行自航試驗(yàn)。 在船模阻力試驗(yàn)中，粘性力不能滿足相似條件。 高速艇在航行過程中常會出現(xiàn)“吸氣”現(xiàn)象，舵及螺旋槳的翼面上會產(chǎn)生空泡。這些現(xiàn)象都是無法在船模試驗(yàn)中模擬的。二、船?？s尺比的確定船模尺度的大小取決于試驗(yàn)內(nèi)容和船池設(shè)備條件。 快速性試驗(yàn)，為獲取大的雷諾數(shù)，船模的尺度要盡可能大一些。在較大水池中，船模長度往往大于6m，一般船池中的船模長度也在4m以上。 高速船模的尺度還受拖車速度的制約，要達(dá)到較大的傅汝德數(shù)，船模的尺度要小得多。 耐波性試驗(yàn)的船模，除了滿足幾何相似外，還應(yīng)滿足慣性矩相似，并且要考慮造波機(jī)的造波能力，和保證

15、足夠的遭遇次數(shù)，因此，耐波性試驗(yàn)船模長度取23m。三、船模制作 木模易于加工，不易變形，適合久存，用于重要船模制作，但價(jià)格高。用于制造船模的木料要求木質(zhì)好，便于加工，不易變形，需經(jīng)過干燥處理。 臘模加工、改型非常方便，可多次使用，無需油漆，成本低。但質(zhì)地較軟，容易變形，受溫度變化的影響，也容易產(chǎn)生裂紋。臘模需要水中浸泡48小時(shí)，試驗(yàn)前吊出水面，擦掉臘模表面上的粘液，再放回水中試驗(yàn)，試驗(yàn)完畢，應(yīng)在水中存放，以防變形。制做臘模的主要原料是石臘、少量的蜂臘和聚氯乙稀，以增加臘模的強(qiáng)度和剛度，消除臘模中的氣孔。制作時(shí)，可在蠟?zāi)?nèi)預(yù)先安放木質(zhì)骨架，澆鑄成蠟?zāi)净旌辖Y(jié)構(gòu)的毛坯。阻力船模一般由多層木框粘壓而成

16、。制作過程分為：下料膠合成坯切削機(jī)初加工精加工油漆表面上蠟檢查驗(yàn)收。 耐波、操縱性船模為減輕船模重量做成框架結(jié)構(gòu)，表面敷設(shè)木條或玻璃鋼，便于有更多的壓載重量用于安裝試驗(yàn)設(shè)備，調(diào)整重量和質(zhì)量分布。船模是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，沒有統(tǒng)一的公差標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)船模加工的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，通常認(rèn)為6m長的船模，其長度誤差為±5mm，寬度和深度的誤差為±0.1mm，檢驗(yàn)船模外形的卡板與船模表面之間的縫隙不應(yīng)超過0.1mm，卡板的塊數(shù)根據(jù)船模外形復(fù)雜程度確定。 一般，試驗(yàn)船模要求水下部分與水線面附近區(qū)域與實(shí)船幾何相似。高速艇試驗(yàn)，在滑行階段會出現(xiàn)嚴(yán)重的噴濺和埋尾現(xiàn)象，要求模型艇的首、尾上部都應(yīng)該與實(shí)艇相似

17、。若需進(jìn)行風(fēng)力試驗(yàn)，則船摸上層建筑的受風(fēng)面積也應(yīng)與實(shí)船相似。四、螺旋槳模型尺度的確定螺旋槳模型的尺度與試驗(yàn)種類有關(guān)。用于敞水和空泡試驗(yàn)的槳模直徑，一般為250300mm。用于快速性自航試驗(yàn)的槳模，受船?？s尺比的約束，不可能太大，但要求槳模在超臨界雷諾數(shù)狀態(tài)下工作，也不宜過小，應(yīng)不小于120mm。五、螺旋槳模型的制作螺旋槳模材料既要有足夠強(qiáng)度，又要便于加工。通常都采用巴氏合金制做小直徑槳模，而大槳模多為鋁制或銅制。 制造槳模時(shí)，先按槳模的外形尺寸加上加工余量制成砂型，澆鑄出毛坯，再按型值表在點(diǎn)鉆床上對槳模進(jìn)行點(diǎn)鉆，然后手工加工成型。 “螺旋槳敞水試驗(yàn)規(guī)程”中對槳模加工誤差提出下列要求：槳翼厚度&

18、#177;0.05mm，槳翼寬度±0.10mm，直徑±0.10mm。3.3 模型試驗(yàn)對水池的要求1.水池中的水必須清潔。試驗(yàn)前需進(jìn)行刮水，去除水面飄浮的油及污染物。要阻止陽光直接照射水面。 2.試驗(yàn)前池水平靜，紊流度很低，不利于船模表面邊界層紊流化。故每天第一次試驗(yàn)前應(yīng)將船模在靜水中預(yù)拖一次，通常稱之謂“破水”。 3.一次試驗(yàn)完，要等水面基本平靜后才能進(jìn)行下一次試驗(yàn)，稱為“等水”。 4.拖車軌道要經(jīng)常保持清潔。應(yīng)定期對導(dǎo)軌的直線度和水平度進(jìn)行檢查和校正。 5.水池中的水溫應(yīng)定點(diǎn)、定深測量。 6.從開始到測試完畢，拖車上的人員應(yīng)各就各位，不能隨意走動。 7.要隨時(shí)檢查試驗(yàn)系統(tǒng)

19、質(zhì)量。采用標(biāo)準(zhǔn)船模，按照標(biāo)準(zhǔn)程序試驗(yàn)。第四章 船?？焖傩栽囼?yàn)4.1 快速性試驗(yàn)的目的和內(nèi)容船舶快速性試驗(yàn)用于檢驗(yàn)船舶是否達(dá)到快速性設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)內(nèi)容： 阻力試驗(yàn)是確定船體有效功率曲線、航態(tài)、流線，研究船型參數(shù)和線型變化對船體阻力的影響，研究各種附體阻力及其對總阻力的影響，選擇優(yōu)良線型。 螺旋槳敞水試驗(yàn)是研究槳自身的水動力特性，及槳的各種參數(shù)變化對性能的影響。 自航試驗(yàn)是研究各種推進(jìn)效率成分的重要手段，同時(shí)可判斷船、機(jī)、槳配合是否良好？ 快速性試驗(yàn)結(jié)果，可用一定的換算方法預(yù)報(bào)實(shí)船的快速性能。 另外，通過對實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)的船模自航試驗(yàn)資料的相關(guān)分析，可以改進(jìn)換算方法，從而能夠更加準(zhǔn)確地用船模試

20、驗(yàn)結(jié)果預(yù)報(bào)實(shí)船性能。 4.2 船模靜水阻力試驗(yàn)一、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1. 模型縮尺比確定阻力試驗(yàn)，由傅汝德數(shù)相等，要求：敞水試驗(yàn)，要求進(jìn)速系數(shù)相等，則： 快速性試驗(yàn)，必須綜合船模試驗(yàn)的速度范圍、槳模的轉(zhuǎn)速范圍及臨界雷諾數(shù)等因素，確定模型的縮尺比。 2. 激流裝置一般在船模19站處，安裝直徑為1mm的金屬激流絲。 在小船模雷諾數(shù)小(Re<1.5×106)的情況下，采用直徑較粗的激流絲，或在181/2處再裝一根激流絲。試驗(yàn)報(bào)告中必須注明采用什么形式的激流裝置，以及激流裝置規(guī)格和安裝位置。3. 吃水標(biāo)志和附件安裝畫吃水標(biāo)志，安裝導(dǎo)向架底座、拖鉤、全部附體。需要測量航態(tài)的船模，應(yīng)安裝縱傾

21、和升沉傳感器。4. 稱重和壓載船模試驗(yàn)狀態(tài)的總重量應(yīng)與計(jì)算的排水量一致。秤重誤差應(yīng)小于0.1%；試驗(yàn)完畢后，船模重量要復(fù)秤，兩次秤重之差應(yīng)不大于0.5。 模型的總重量由船摸本身的重量（含裝在船模上的裝置、附體、螺旋槳動力儀、電機(jī)、舵和槳）；和壓載重量。壓載的重量要足夠大，以便調(diào)節(jié)浮態(tài)。 任何船模在調(diào)整浮態(tài)后，不允許有縱、橫傾存在。 5. 船模連接水上靜水阻力試驗(yàn)，船模與拖車的連接如圖所示：調(diào)節(jié)好浮態(tài)的船模置于拖車下，安裝并調(diào)整導(dǎo)航架；將阻力儀鋼絲與拖鉤連接，從拖鉤引出的鋼絲應(yīng)與水平面平行；用裝在拖車上的夾緊裝置夾緊船模，并進(jìn)行松、夾試驗(yàn)。如用機(jī)械式阻力儀測量阻力，應(yīng)預(yù)先加好砝碼，調(diào)整彈簧記錄裝

22、置，裝好記錄紙。如用電測則應(yīng)選好量程，并調(diào)整好連接鋼絲的長度。二、阻力試驗(yàn)測量的物理量1. 船模阻力 機(jī)械式阻力多以杠桿原理為基礎(chǔ)。當(dāng)船模以速度Vm運(yùn)動時(shí)，拖索上的拉力(等于船模阻力)，靠法碼質(zhì)量及重錘偏離度來確定。機(jī)械式阻力儀結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定。電測阻力儀采用傳感元件將機(jī)械物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦枺龠M(jìn)行記錄和顯示。電測阻力儀便于直接應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。2. 船模速度船模跟隨拖車一起運(yùn)動，當(dāng)拖車達(dá)到試驗(yàn)速度時(shí)，船模的阻力與阻力儀提供的拖拽力平衡，船模與拖車無相對運(yùn)動。一般認(rèn)為拖車的速度即船模的速度。 測量拖車速度的方法很多，較簡單的方法是采用光電測速裝置，利用測速輪將拖車運(yùn)行的距離變?yōu)殡?/p>

23、脈沖，用頻率計(jì)顯示速度。提高單位距離的脈沖數(shù)，就可以使速度的測量值達(dá)到要求的精度。 3. 高速船浮態(tài)一般排水量船舶在航行中浮態(tài)變化甚微，可不予考慮。但對高速艇，當(dāng)它達(dá)到滑行狀態(tài)時(shí)，船的浮態(tài)與靜止時(shí)有相當(dāng)大的差別，變化程度還隨速度而異。因此，進(jìn)行高速艇模型阻力試驗(yàn)時(shí)，除測量阻力外，還必須測量在不同速度下的浮態(tài)變化，用來計(jì)算實(shí)際的濕表面積，供分析用。 浮態(tài)變化可用攝像機(jī)記錄，再對圖片進(jìn)行測量；或用各種傳感器，分別記錄船模的縱傾角，升沉位移，進(jìn)行計(jì)算得到。三、船模阻力試驗(yàn)試驗(yàn)前根據(jù)實(shí)船的設(shè)計(jì)裝載狀態(tài)和航速，按傅汝德數(shù)相等的條件確定船模的拖曳速度范圍。一般應(yīng)略超過設(shè)計(jì)航速(10)，并從低速到高速確定不

24、少于15個(gè)試驗(yàn)速度，速度間隔大致均勻，在設(shè)計(jì)航速附件適當(dāng)加密。 每個(gè)試驗(yàn)速度下的試驗(yàn)程序：拖車啟動、加速、速度穩(wěn)定、松開夾緊裝置，船模由阻力儀拖帶勻速度前進(jìn)，記錄阻力及船模速度。完畢后，將船模夾緊、拖車減速，回到拖車開始位置，停車。將試驗(yàn)結(jié)果整理成船?；?qū)嵈枇η€。四、船模阻力試驗(yàn)精度 從阻力試驗(yàn)角度看，影響精度的主要因素是阻力及速度測量值的誤差。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般阻力測量精度要求小于0.2，拖曳速度的波動值小于0.3。這樣阻力結(jié)果的平均誤差可小于1.5?，F(xiàn)在拖車速度、阻力值均可控制在 3 位小數(shù)。五、試驗(yàn)速度修正船模型試驗(yàn)是在限制水域中進(jìn)行的，所以存在阻塞效應(yīng)。設(shè)船模的速度為Vm，阻

25、塞作用產(chǎn)生的平均回流速度V，試驗(yàn)測得的阻力Rm，實(shí)際上是限制航道阻力，相當(dāng)于深水中船模速度為(Vm+V)時(shí)的阻力。因此應(yīng)當(dāng)對試驗(yàn)速度進(jìn)行修正。 對試驗(yàn)速度進(jìn)行修正的具體方法與水池截面積、船模試驗(yàn)水線下的橫截面積、船模速度等因素有關(guān)。由各船池自行確定。 華工船池寬6m，水深4m，一般不做試驗(yàn)速度修正。六、船模阻力試驗(yàn)結(jié)果的換算1. 二因次法當(dāng)船模與實(shí)船的傅汝德數(shù)相等時(shí)，實(shí)船的剩余阻力系數(shù)等于船模的值，即Crs=Crm。于是， 對于船模： 計(jì)算雷諾數(shù)：Rem=LwmVm/ Lw(m), V(m/s), (m2/s), 用1957年ITTC公式計(jì)算摩擦阻力系數(shù)： 計(jì)算總阻力系數(shù)：Ctm=Rtm /

26、(1/2mVm2Sm); 計(jì)算船模的剩余阻力系數(shù)：Crm=Ctm-Cfm; Rtm(kgf)，(kg/m3), = /g, S(m2) 計(jì)算傅汝德數(shù)：Fr=Vm/gLm ; 對于實(shí)船： 按Fr數(shù)計(jì)算相應(yīng)速度：vs=Fr*gLs , vs= vm,，=Ls/Lm 計(jì)算實(shí)船的雷諾數(shù)：Res=LwsVs/； 用1957年ITTC公式計(jì)算摩擦阻力系數(shù)： 取粗糙度修正值：Cfs=0.0004； 總阻力系數(shù)：Cts=(Cfs+Cfs)+Crm； 如需要計(jì)算實(shí)船濕面積：Ss ； 總阻力: Rts=Cts.1/2vs2Ss。(kgf) 有效馬力：Pe=9.8*Rts*Vs/1000 (kw) /745.6(h

27、p)2. 三因次法 確定Cfm、Cfs Cfm、Cfs分別為船模和實(shí)船的摩擦阻力系數(shù)，可用1957 ITTC公式計(jì)算； 確定(1+k) 式中Fr的指數(shù)取 n=4（普魯哈斯卡法） n=26（15屆ITTC推薦方法）將船模試驗(yàn)結(jié)果整理成Ctm/Cfm (Fr)n/Cfm曲線，則趨勢線的截距即為(1+k)，斜率為Y?；蛘?1+k)、y、n三個(gè)未知數(shù)根據(jù)船模試驗(yàn)結(jié)果，用最小二乘法決定。4.3 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn)一、敞水試驗(yàn)的目的1確定實(shí)際螺旋槳的水動力性能； 2通過多方案試驗(yàn)研究，分析螺旋槳的各種幾何要素對其水動力性能的影響； 3檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)的正確性，完善理論設(shè)計(jì)方法。 4通過螺旋槳模型的系列試驗(yàn)，

28、繪制成專用圖譜，供設(shè)計(jì)螺旋槳使用。 二、敞水試驗(yàn)的相似條件和要求理論上，螺旋槳模型試驗(yàn)必須滿足全相似條件，才能使螺旋槳模型的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率與實(shí)槳的相等。實(shí)際上，模型試驗(yàn)時(shí)無法滿足全相似條件。但必須滿足以下條件。 1）幾何相似。 2）螺旋槳模型有足夠的沉深。消除自由波面對螺旋槳水動力性能的影響。 3）試驗(yàn)時(shí)的雷諾數(shù)應(yīng)大于臨界雷諾數(shù)。(ITTC建議的臨界雷諾數(shù) Recr=3.0×105) 4）傅汝德數(shù)、進(jìn)速系數(shù)相等。 hs (0.6251.0) Dm 式中hs：槳軸中心線距水表面的距離（m）；Dm：槳模直徑（m）。 四、試驗(yàn)準(zhǔn)備 1）確定螺旋槳轉(zhuǎn)速。常保持螺旋槳轉(zhuǎn)速不變，改

29、變拖車前進(jìn)速度。進(jìn)速范圍應(yīng)從進(jìn)速Va=0至推力小于零的進(jìn)速之間，在該范圍內(nèi)選取1015個(gè)測點(diǎn)。根據(jù)臨界雷諾數(shù)的要求、儀器量程、拖車最高速度限制，選取適當(dāng)?shù)穆菪龢D(zhuǎn)速。 2）動力儀進(jìn)行靜態(tài)校驗(yàn)。機(jī)械式動力儀要求通過靜校驗(yàn)得出機(jī)械磨擦損失值以及儀器指針刻度與力的關(guān)系線。電測動力儀須找出輸出信號與力和扭矩的關(guān)系曲線。3）準(zhǔn)備假轂、導(dǎo)流帽及過渡部分。為測量槳軸與軸承的摩擦損耗以及槳軸、槳轂在水中運(yùn)動引起的摩擦損耗，需制作一個(gè)沒有槳葉，形狀與模型槳轂相同，質(zhì)量與模型槳相近的鉛制或其他材料的槳轂，稱為“假轂”。為使水流平順地流過螺旋槳的周圍，在槳轂前、后必須安裝流線形的導(dǎo)流帽和光順的過渡部分。4）測量尾軸

30、摩擦損失。儀器正確安裝于拖車上之后，校準(zhǔn)儀器零點(diǎn)。將假轂安裝在螺旋槳模型的位置上，敞水箱沉放至試驗(yàn)深度。 對電測動力儀，一般在要求試驗(yàn)轉(zhuǎn)速下校正零點(diǎn)，以扣除尾軸摩擦損耗。 對機(jī)械式動力儀，在要求的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)儀器，用扭矩測量元件測出總的摩擦損失，從中扣除儀器的摩擦損耗，便得到尾軸摩擦損耗值，它與轉(zhuǎn)速有關(guān)。螺旋槳吸收的凈扭矩Q = QT QfQs。式中QT為儀器測出的總扭矩，Qf為儀器摩擦損耗的扭矩，Qs為尾軸摩擦損耗的扭矩。 5）測定推力修正值。敞水試驗(yàn)時(shí)，槳模安裝在軸的前端，向前運(yùn)動。槳軸和槳轂的橫剖面上受到水的阻力，并抵消了一部分槳時(shí)發(fā)出的推力。上述阻力在實(shí)船上是不存在的。因此，對測得的推力

31、值必須修正。上述阻力稱推力修正值。其大小與螺旋槳前進(jìn)速度有關(guān)。 正式試驗(yàn)前，裝假轂，敞水箱沉沒到規(guī)定深度，以敞水試驗(yàn)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測出不同進(jìn)速時(shí)動力儀上顯示的推力T ，畫成圖示曲線。則螺旋槳發(fā)出的凈推力T=Tt-T。Tt：動力儀測得的總推力； T：為推力修正值。 6）動力儀動校驗(yàn)。儀器正確安裝到拖車后，先用標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳模型按規(guī)定的程序進(jìn)行敞水試驗(yàn)。這種試驗(yàn)稱為動力儀的動校驗(yàn)。其目的在于校驗(yàn)本次試驗(yàn)結(jié)果與以往的試驗(yàn)結(jié)果是否一致，借以全面判斷儀器及安裝設(shè)備工作是否正常。 五、試驗(yàn)流程 每次試驗(yàn)先啟動拖車，當(dāng)拖車速度穩(wěn)定后，立即啟動動力儀，并調(diào)整槳模至試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，由于車速與槳模轉(zhuǎn)速互相影響，故必須保證兩者都

32、穩(wěn)定后才能記錄。 記錄同一瞬間的槳模轉(zhuǎn)速、車速、槳模推力及扭矩。 測量完畢，先使動力儀停止轉(zhuǎn)動，后使拖車停止，避免系泊情況產(chǎn)生，保障動力儀的安全。 系泊試驗(yàn)時(shí)，敞水箱離開池壁端部應(yīng)有足夠的距離，避免回流對試驗(yàn)結(jié)果的影響。 六、試驗(yàn)結(jié)果表達(dá)試驗(yàn)結(jié)果以下列無因次系數(shù)表達(dá)： J：螺旋槳的進(jìn)速系數(shù)； KT：螺旋槳的推力系數(shù)； KQ：螺旋槳的扭矩系數(shù)； 0：螺旋槳的敞水效率。式中Va：螺旋槳的進(jìn)速(m/s)； T：螺旋槳的凈推力(N)； n：螺旋槳的轉(zhuǎn)速(r/s)； Q：螺旋槳吸收的凈扭矩(N.m); D：螺旋槳的直徑(m)； ：當(dāng)?shù)厮芏?kg.s2/m4)。根據(jù)原始記錄列表計(jì)算螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩

33、系數(shù)。用光順后的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)計(jì)算螺旋槳的做水效率。繪制成螺旋槳的敞水性能曲線。 七、尺度作用修正因雷諾數(shù)不同對螺旋槳性能的影響稱為尺度作用。一般在同一進(jìn)速系數(shù)時(shí)，實(shí)槳和槳模的性能參數(shù)有如下關(guān)系：Ktm<Kts(差值較小)；0m < 0s ；Kqm>Kqs(差1%左右) 因此，將模型試驗(yàn)結(jié)果用于實(shí)槳，需要考慮尺度作用的影響。對模型試驗(yàn)結(jié)果的尺度修正有下列三種： 1）不修正。認(rèn)為尺度作用主要影響阻力。槳模可加工得很光滑，而實(shí)槳較粗糙。因粗糙而增加的阻力大體上抵消了尺度作用，不予修正。2）僅修正扭矩系數(shù)。認(rèn)為尺度作用主要影響扭矩系數(shù)，對推力系數(shù)的影響小，不予考慮。3）1978

34、年ITTC推薦的修正方法。4.4 船模自航試驗(yàn)一、船模自航試驗(yàn)概述1. 船模自航試驗(yàn)的目的阻力和敞水試驗(yàn)分別獲得船體和螺旋槳的單獨(dú)性能，而自航試驗(yàn)則用于判斷船、機(jī)、槳三者配合后的綜合性能。試驗(yàn)的主要目的： 1）分析各種效率成分，研究槳、船間相互影響； 2）預(yù)報(bào)實(shí)船性能，通過試驗(yàn)給出主機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和船速間關(guān)系，預(yù)報(bào)實(shí)船航速； 3）判斷螺旋槳、主機(jī)、船體之間的配合是否良好。 此外，根據(jù)實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)的船模自航試驗(yàn)結(jié)果，可以進(jìn)行船模與實(shí)船的相關(guān)分析，積累資料改進(jìn)換算方法。 2. 試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則自航試驗(yàn)時(shí)，要求船模和槳模幾何相似，雷諾數(shù)超過臨界雷諾數(shù)。同時(shí)也要求滿足傅汝德數(shù)和進(jìn)速系數(shù)相等的條件，即

35、：3. 阻力不相似的處理自航試驗(yàn)是綜合考慮螺旋槳與船體間關(guān)系的，考慮到推力應(yīng)與阻力平衡，應(yīng)有： Rtm=Tm(1-tm) Rts=Ts(1-ts) Rt：總阻力；t：推力減額假定船模的推力減額與實(shí)船相等，即tm=ts，船模與實(shí)船的推力間滿足縮尺比的三次方的換算關(guān)系。但總阻力Rt卻不滿足三次方的換算關(guān)系。 因而，在水池中模型自航試驗(yàn)時(shí)的平衡點(diǎn)（模型自航點(diǎn)）并不是實(shí)船運(yùn)行時(shí)的平衡點(diǎn)（實(shí)船自航點(diǎn)）。為此必須在船模自航試驗(yàn)后作適當(dāng)處理后，才能進(jìn)行實(shí)船換算。 不滿足三次方關(guān)系的阻力成分是摩擦阻力，為了使各種力都成三次方關(guān)系，需要對摩擦阻力進(jìn)行修正，增加一個(gè)修正值，人為地湊成三次方關(guān)系。該修正值稱為摩擦阻

36、力修正值，即：從而使槳模與實(shí)槳的載荷一致。4. 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作 船模及螺旋槳模型的準(zhǔn)備與阻力和敞水試驗(yàn)相同； 螺旋槳及舵與船體間的相對位置都要按實(shí)船的情況幾何相似地安裝； 船模、儀器及壓鐵等的總排水量必須與實(shí)船的排水量幾何相似； 橫向和縱向移動壓載，調(diào)整浮態(tài)，使船模兩側(cè)首、中、尾吃水符合要求。 船模與拖車的連接安裝基本與阻力試驗(yàn)相同。二、自航試驗(yàn)方法船模自航試驗(yàn)方法有：純自航和強(qiáng)迫自航兩種。強(qiáng)迫自航法(英國法)：是在某一船模速度下，在船模運(yùn)動方向上施加一系列的強(qiáng)制力Z，其中應(yīng)包括 FD在內(nèi)，船模在強(qiáng)制力和推力的共同作用下達(dá)到力的平衡，即：對某一選定的自航速度，一般取5個(gè)不同的強(qiáng)制力，為使試驗(yàn)

37、點(diǎn)分布較為均勻合理，一般?。?Z1=0， (相當(dāng)于船模自航點(diǎn)) Z2=0.5 FD， Z3FD，(相當(dāng)于實(shí)船自航點(diǎn)) Z4=1.5 FD， Z5=2 FD。由于每一個(gè)速度Vm，要分別實(shí)施5個(gè)強(qiáng)制力下的自航試驗(yàn)，為保證試驗(yàn)精度，模型試驗(yàn)速度Vm必須嚴(yán)加控制，5次試驗(yàn)的Vm要盡可能相同。完成自航前的阻力試驗(yàn)之后，在船模靜止的情況下啟動不帶槳的動力儀，校正儀器零點(diǎn)，或測出尾軸摩擦損耗值。然后，安裝槳、舵等附體，便可進(jìn)行自航試驗(yàn)。 首先，在阻力儀的法碼盤內(nèi)加對應(yīng)于某一船模速度的強(qiáng)制力Z，啟動拖車加速到要求的Vm，啟動螺旋槳動力儀逐漸增加轉(zhuǎn)速，當(dāng)船模與拖車速度同步，并穩(wěn)定一段時(shí)間后，便可記錄這一行程的V

38、m,nm,Tm,Qm,Zm。 依次對該船模速度下的5個(gè)強(qiáng)制力進(jìn)行同樣的測量，得到一個(gè)速度下的自航試驗(yàn)結(jié)果。 對要求的4個(gè)速度進(jìn)行上述試驗(yàn)，便可得到全部自航試驗(yàn)結(jié)果。 用上式對各參數(shù)進(jìn)行修正后，繪制圖示的自航試驗(yàn)曲線。三、船模自航試驗(yàn)結(jié)果分析1. 分析依據(jù)的數(shù)據(jù)1）船?？傋枇η€； 2）實(shí)船總阻力曲線；(換算方法按4.2節(jié))3）實(shí)船有效馬力曲線； 4）螺旋槳敞水性能曲線；(換算方法按4.3節(jié))5）自航試驗(yàn)曲線。 2. 實(shí)船自航點(diǎn)的確定按式：根據(jù)船模在速度Vm時(shí)的Rtm, Rts和其它數(shù)據(jù)，確定對應(yīng)于實(shí)船自航點(diǎn)的摩擦阻力修正值FD。應(yīng)指出，式中實(shí)船總阻力Rts，應(yīng)包括舭龍骨阻力及空氣阻力等。 在自

39、航試驗(yàn)曲線上，對每一個(gè)速度Vm均可以找到 FD 與強(qiáng)制力曲線的交點(diǎn)，該交點(diǎn)即為實(shí)船的自航點(diǎn)。對應(yīng)于該交點(diǎn)的Tm、Qm及 nm為實(shí)船自航點(diǎn)的槳模推力、扭矩和轉(zhuǎn)速。3. 模型推進(jìn)效率成分QO:敞水扭矩 QB:船后扭矩主機(jī)發(fā)出功率 Ps螺旋槳收到功率 PDB=S* Ps (S:軸系效率)t:推力減額 :伴流分?jǐn)?shù)螺旋槳推功率 PT=OR*PDB (O:敞水效率,R:相對旋轉(zhuǎn)效率)船舶有效功率 PE=H*PT (H:船身效率) 于是：Dm=omRmHm （推進(jìn)效率=敞水效率*相對旋轉(zhuǎn)效率*船身效率） 四、實(shí)船性能預(yù)報(bào)實(shí)船性能預(yù)報(bào)是根據(jù)船模阻力、自航等試驗(yàn)結(jié)果推算出實(shí)船的航速、螺旋槳轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率之間的關(guān)

40、系。 目前正在使用的方法有三種：1.(1+x),K2 法1959年英國皇家物理實(shí)驗(yàn)室等單位提出，認(rèn)為船模和實(shí)船的伴流分?jǐn)?shù)及推力減額分?jǐn)?shù)及推進(jìn)效率成分是相等的。 實(shí)船螺旋槳收到功率： 實(shí)船螺旋槳轉(zhuǎn)速：式中(1+x)為阻力相關(guān)因子，按經(jīng)驗(yàn)取x=0.05； K2為照顧伴流尺度作用相對轉(zhuǎn)速修正的相關(guān)因子。對于單槳船取K2 =1.025。 PES,PDS分別為實(shí)船的有效功率及螺旋槳收到功率。 nm, NS分別為船模及實(shí)船的螺旋槳轉(zhuǎn)速。 下表列出該方法的計(jì)算過程。 (1+x),K2法實(shí)船性能預(yù)報(bào)計(jì)算表序項(xiàng)目單位數(shù)值1船模自航速度Vmm/s1.5941.7271.8591.9922.1252實(shí)船自航點(diǎn)槳模轉(zhuǎn)速nm r/s8.2839.15010.13311.13312.0673船模推進(jìn)效率DM 0.7310.7310.6870.6710.6514實(shí)船速度Vs=1/2Vm/0.5144kn12131415165實(shí)船有效功率PES kW489.1644.4888.61212.61522.16相關(guān)因子(1+x)