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第六章 船模自航试验及实船性能预估为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。
船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。
对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。
② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。
此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。
§ 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。
因此，mm ss g g L V L V =上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。
在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，mm Am s s As D n VD n V = 在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有：λD DL L ==ms m s 则满足傅氏数相等时有： λV V /s m = (6-1)满足进速系数相等时有：λn V n V mAms As = 由于 ()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故()()λn Vωn Vωmmmsss11-=-或 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=s ms m 11ωω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得：λn n s m = (6-2)(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===5.3ms Dm Ds 4ms m s 3ms ms λρρP P λρρQ Q λρρT T (6-3)(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。
网络教育学院船模性能实验》实验报学习中心：层次：专升本专业：船舶与海洋工程学号：学生：完成日期： 2013年2月6日《告实验报告一一、实验名称：船模阻力实验二、实验目的：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。
其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。
（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。
（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。
（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。
此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。
（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门体对阻力的影响。
（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。
（8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。
三、实验原理：1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。
（1）船模与实船保持几何相似。
（2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。
（3）船模与实船傅汝德数相等。
2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。
称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？??1mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。
2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。
二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ittc性能委员会推荐的换算方法。
船舶阻力试验简介船舶阻力与造船工程实际密切相关，对设计性能良好的船舶具有重要意义。
迄今为止，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
船模试验中计算实船阻力的基本方法依旧在实船建造的前期工作中占有极大的比重，因此本文通过了解、学习各种相关论文分析船舶阻力试验的各种方法介绍并简要叙述其优缺点。
1阻力分类目前，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
在船模试验中，模型船体并不安装螺旋桨等推进器，而是依靠一定的牵引力在水池中进行匀速向前运动。
因此在进行模型试验时候我们只模拟船舶航行阻力中水阻力中的静水阻力。
而静水阻力通常由裸体阻力和附体阻力组成，其中裸体阻力还会受到环境条件的影响而发生变化。
进一步划分的话，船的裸体阻力还将包含有摩擦阻力和压阻力两种阻力成分。
根据性质的不同，压阻力还含有粘压阻力和兴波阻力两种阻力。
因此我们在高速三体船模型阻力试验中的阻力研究主要研究船的总阻力、黏性阻力和兴波阻力三种阻力。
2研究船舶阻力的方法船舶阻力的研究方法分别有理论研究方法、试验方法和数值模拟。
1）理论研究方法应用流体力学的理论，建立物理或数学模型，根据有关试验观察和测量，结合理论的推演计算。
对于像船舶快速性这样的复杂问题，往往只能获得基本的、定性的解决。
2）数值模拟根据数学模型，采用数值方法（数值模拟）预报船舶航行性能和优化船型和推进器的设计。
但是，由于船型复杂多样，围绕船体的流动也极为复杂，因此数值模拟只能解决部分问题，而大量快速性的实际问题，主要的还是依靠模型试验。
3）试验方法试验方法包括船模试验和实船试验。
船模试验是根据对问题本质的理性认识，按照相似理论（或因次分析）制作小尺度的船模和桨模，在试验池中进行试验，以获得问题定性和定量的解决。
许多优良船型或重要船舶几乎都要进行船模试验。
在船舶快速性研究的历史上，船模试验一直是最主要的方法，在某种意义上说，曾经是唯一的方法。
但船模试验有其局限性，诸如因尺度效应不能完全模拟实船的情况等。
第六章 船模自航试验及实船性能预估为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。
船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。
对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。
② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。
此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。
§ 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。
因此，mm ss g g L V L V =上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。
在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，mm Am s s As D n VD n V = 在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有：λD DL L ==ms m s 则满足傅氏数相等时有： λV V /s m = (6-1)满足进速系数相等时有：λn V n V mAms As = 由于 ()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故()()λn Vωn Vωmmmsss11-=-或 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=s ms m 11ωω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得：λn n s m = (6-2)(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===5.3ms Dm Ds 4ms m s 3ms ms λρρP P λρρQ Q λρρT T (6-3)(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。
船舶静力学基本知识1、简述表示船体长度的三个参数并说明其应用场合？答：船长[L] Length船长包括：总长，垂线间长，设计水线长。
总长（Length overall）——自船首最前端至船尾最后端平行于设计水线的最大水平距离。
垂线间长 (Length Between perpendiculars)首垂线（F.P.）与尾垂线（A.P.）之间的水平距离。
首垂线：是通过设计水线与首柱前缘的交点可作的垂线（⊥设计水线面）尾垂线：一般舵柱的后缘，如无舵柱，取舵杆的中心线。
军舰：通过尾轮郭和设计水线的交点的垂线。
水线长[ ](Length on the waterline)：——平行于设计水线面的任一水线面与船体型表面首尾端交点间的距离。
设计水线长：设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离。
应用场合：静水力性能计算用：分析阻力性能用：船进坞、靠码头或通过船闸时用：2、简述船型系数的表达式和物理含义。
答：船型系数是表示船体水下部分面积或体积肥瘦程度的无因次系数，它包括水线面系数、中横剖面系数、方形系数、棱形系数（纵向棱形系数）、垂向棱形系数。
船型系数对船舶性能影响很大。
（1）水线面系数——与基平面平行的任一水线面的面积与由船长L、型宽B所构成的长方形面积之比。
（waterplane coefficient）表达式：物理含义：表示是水线面的肥瘦程度。
（2）中横剖面系数[ ]——中横剖面在水线以下的面积与由型宽B吃水所构成的长方形面积之比。
(Midship section coefficient)表达式：物理含义：反映中横剖面的饱满程度。
（3）方形系数[ ]——船体水线以下的型排水体积与由船长L、型宽B、吃水d所构成的长方体体积之比。
（Block coefficient）表达式：物理含义：表示的船体水下体积的肥瘦程度，又称排水量系数(displace coefficient)。
（4）棱形系数[ ]——纵向棱形系数 (prismatic coefficient)船体水线以下的型排水体积Δ与相对应的中横剖面面积、船长L所构成的棱柱体积之比。
第五章 船模阻力试验船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法，目前关于船舶阻力方面的知识，特别是提供设计应用的优良船型资料及估算阻力的经验公式和图谱绝大多数是由船模试验结果得来的。
新的理论的发展和新船的设计是否能得到预期的效果都需要由船模试验来验证。
而理论分析的进一步发展，又为船型设计和船模试验提供更为丰富的内容，以及指出改进的方向。
因此船模试验是进行船舶性能研究的重要组成部分。
本章先对船模试验池和船模阻力试验作一简要介绍，然后分别从设计和研究观点来讨论表达船模阻力数据的方法。
§ 5-1 拖曳试验依据、设备和方法船模试验是研究船舶阻力性能的主要方法。
因此需要了解船模阻力试验的依据，试验设备和具体的试验方法。
一、船模阻力试验的依据由§1-2的阻力相似定律指出：如能使船模和实船实现全相似，即船模和实船同时满足Re 和Fr 数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数。
§1-4中已阐述船模和实船难以实现全相似条件。
根据现实可能性，也不能实现船模和实船单一的粘性相似，即保持Re 相等，这是因为，如要使Re m = Re s ，则必有：υm L m /v m = υs L s /v s即 υm = α υs v m / v s (5-1) 式中，α为船模缩尺比。
因为船模和实船的运动粘性系数两者数值相近，如假定v m = v s ，则(5-1)式为：υm = α υs (5-2) 由于船模均要比实船缩小几十倍以上，因而要求船模的速度较实船速度大几十倍，甚至达到超音速情况下进行试验，显然是不现实的。
因此船模阻力试验，对水面船舶来说，实际上就是在满足重力相似条件下(保持Fr 数相等)进行的。
由于是在部分相似条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假设，诸如傅汝德假定，休斯假定等才能换算得到相应的实船总阻力。
二、船模试验池船模试验池是进行船舶性能研究和某些结构、强度试验的重要设施，因而世界各国均普遍建造了各种船模试验池。
大连理工大学网络教育学院《船模性能实验》实验报告
实验1：船模阻力实验
一、实验知识考察
1、简述水面船舶模型阻力实验相似准则。
（1）由阻力相似定律可知：如果船模和实船能实现全相似，即船模和实船同时滿足Re和Fr数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系
数，实船的总阻力也可精确确定。
但是船模和实船同时滿足Re和Fr数
相等的所谓全相似条件实际上是难以实现的。
船模与实船保持几何相
似。
（2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。
（3）船模与实船傅汝德数相等。
2、船模阻力实验结果换算方法有哪些？
常用的船模阻力试验结果换算方法有两种,即二因次方法和三因次方法.
二因次方法亦称傅汝德方法;三因次方法(也称1+K法)为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法.
二、实验后思考题二、实验后思考题
1、船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？
常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。
这两种方法的区别在于对粘性阻力的处理原则不同。
2、实船摩擦阻力计算中，粗糙度补贴系数是根据什么选取的？
实船船体表面比较粗糙，故实船摩擦阻力为粗糙度补贴系数，按不同船长选取。
1。
船舶阻力与推进典型例题详解1.1.FroudeFroude 比较定律和Froude 假定及其相关一些概念例题1：某万吨船的船长=wl L 167m，排水量=∆25000t，航速kn V s 16=，对应船模缩尺比33=α，试着求船模的长度、排水量及其相应的速度。
解：根据流体力学中相似定律，可以知道有以下规律：α=VmVsα=m sL L 3αρρsm m s =∆∆因此求解结果如下表所示：参数Lwl(m)∆(t)Vs 实船1672500016船模5.0606060610.6956618532.7852425例题2：设有五艘尺度、船型、航速各不相同的船舶如下表：船类船长（m）航速（kn/h）货船12012客货船16023高速客船8523鱼雷艇2632拖轮46127分别计算它们的Froude 数Fn 和速长比LV s，并判断它们属于何种速度范围？解：注意计算Froude 数中各个量单位，gLV Fr s=，其中速度使用m/s 单位，g 为9.8m/s^2，L 单位为m ，而在速长比中，v 的单位为kn ，L 的单位为ft ，两者关系：L V F sr 2977.0=Fr LVs355.3=计算结果如下：L （m ）航速（kn/h ）Vs(km/h)Fr 船长（ft ）速长比货船120.0012.00 6.170.18393.700.60客货船160.0023.0011.830.30524.93 1.00高速客船85.0023.0011.830.41278.87 1.38鱼雷艇26.0032.0016.46 1.0385.30 3.46拖轮（单放）46.0012.00 6.170.29150.920.98拖轮（拖带）46.007.003.600.17150.920.57例题3：某海船m L wl 100=,m B 14=,m T 5=,排水体积34200m =∇，航速为17kn，（1）试求缩尺比为20、25、30、35时船模的相当速度和重量；（2）当缩尺比为25，在相当速度时测得兴波阻力为1公斤，实验水池温度为12度，求其他船模在相当速度时的兴波阻力；（3）所有船模对应的实船在水温15度的海水中兴波阻力为多少吨？解：第一问考查相似定律，第二问考查Froude 比较定律，计算结果如下：α实船排水体积船模排水体积（m3）实船航速(m/s)船模速度（m/s ）船模相当重量kg 船模Rw （kg ）实船（kg ）204200.000.538.74 1.96524.50 1.9516049.77254200.000.278.74 1.75268.54 1.0016049.77304200.000.168.74 1.60155.410.5816049.77354200.000.108.741.4897.870.3616049.772.二因次法解决船舶阻力问题(62)(B)例题4：某海船的水线长m L wl 100=，宽度m B 14=，吃水m T 5=，排水体积34200m =∇，中央剖面面积269m A M =，航速17kn，试求尺度比为25=α的船模相应速度。
船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进
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第六章船模自航试验及实船性能预估
为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。
船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。
对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：
① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。
② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。
此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。
§ 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值
一、相似定律
在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。
因此，
上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。
在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，
在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有：则满足傅氏数相等时有：λV V /s m = (6-1) 满足进速系数相等时有：λn V n V m
Am
s As = 由于()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故
()()λn V
ωn V
ωm
m
m
s
s
s
11-=
-
或
--=s m
s m 11ω
ω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得：
λn n s m = (6-2)
(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系
数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：
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===5.3m
s Dm Ds 4m
s m s 3m
s m
s λρρP P λρρQ Q λρρT T (6-3)
(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。
因此推力与阻力之间必然有：
对于实船 ()s s s 1R t T =-
对于船模 ()m m m 1R t T =- 如果将(6-3)、(6-4)两式联系起来分析，发现两者是不一致的。
从推进的角度出发，当满足傅氏数和进速系数相同的条件时，模型与实桨的推力之间确实存在缩尺比三次方的关系。
假定推力减额无尺度作用，即t s = t m ，则从(6-4)式看来，实船与船模的阻力之间也应与缩尺比三次方有关才能使两者一致。
但是，在《船舶阻力》课程中我们已知，当船模与实船在傅氏数相同时，两者的总阻力并不存在缩尺比三次方的关系，即
为了克服这个矛盾，需要在船模自航试验中作适当处理后才能进行实船的换算。
二、摩擦阻力的修正-实船自航点的确定
在船模自航试验中，当满足傅氏数Fr 及进速系数J 相同的条件时，则模型与实船之间的各种力基本上是缩尺比的三次方关系，唯阻力之间不存在这种关系。
在阻力中，剩余阻力部分实际上也是满足这种关系的，因为在Fr 相同时实船和船模的剩余阻力系数相等，故两者总阻力之间不存在缩尺比三次方关系主要是摩擦阻力部分造成的。
为了使试验中各种力都存在缩尺比三次方的关系，需对阻力进行修正(实际上是对摩擦阻力修正)，人为地将其硬凑成三次方关系。
设船模在速度V m 时的阻力为R m ，实船在相当速度m s V λV =时的阻力为R s ，则摩擦阻力修正值F D 为：
或()D m 3m s s F R λρρ
R -= （6-5）
这样，在船模自航试验中，当船模速度为V m 时，我们设法预先对船模加一个拖曳力F D ，则螺旋桨模型发出的推力T m 仅需克服阻力(R m -F D )，此点称为实船自航点即相当于实际螺旋桨发出推力T s 克服实船的总阻力R s 。
经过这样处理以后，船模自航试验系统中各种力便都存
在λ3
的关系。
假定t m = t s ，则(6-5)式可写作：
或3m s m s λρρ
T T =
从上面的分析可知，进行摩擦修正(或称为决定实船自航点)的目的，是使模型桨的载荷与实船螺旋桨相当，只有在这种情况下，才能根据船模自航试验的结果预估实船推进性能。
§ 6-2 自航试验方法及数据表达
一、自航试验概述
(6-4)。
