船模性能实验

《 船 模 性 能 实 验 》实 验 报 告

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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，必须进行某些专门的实验。

（6）附体阻力实验

目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。

（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eR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。

1）安装激流丝：用1mm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。

4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。

傅汝德假定：

①假定船体的总阻力可以分为独立的两部分，一为摩擦阻力fR，只与雷诺数有关，另一个为粘压阻力pvR和兴波阻力wR合并后的剩余阻力rR，只与傅汝德数有关，且适用比较定律。

②假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩擦阻力，通常称为相当平板摩擦

傅汝德换算关系：3)(msfmtmfstsRRRR

四、实验内容：

（一）填写实验主要设备表

名称 说明

拖曳水池 水池狭而长，配置有拖动设备和测量仪器，以测得船模在不同速度下的阻力值。实验池的水采用淡水，船池尺度决定了船模大小和速度。

大连理工大学船模试验水池长160m，宽7 m，水深3.7 m。拖车速度0~8m/s,

速度精度±1 mm/s。配有摇板式规则波造波机。

拖车 拖车是在沿水池两旁轨道上行驶的。拖车的用途是拖曳实验船模，并使船模保持一定的方向和一定的速度运动。

其次在拖车上要安装测量和记录仪器。拖车的主要技术指标是速度范围和速度精度。

水面电测阻力仪 水面电测阻力仪简称电测阻力仪，是用在水池实验中测量船模阻力。阻力仪通常是应变式的传感器。阻力仪要求性能稳定，灵敏度高，具有良好的线性和重复性。根据实验要求选择相应的量程，可提高测量精度。

（二）实验步骤：

（一）船模阻力实验准备

（1）船模制作：船模缩尺比依据水池的长度和航速决定的，船模线型要与实船保持几何相似，表面必须光洁，满足一定的加工精度。船模使用的材料通常是木模，木模不易变形，蜡模成本低。

（2）安装激流丝：用1mm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。

（3）画水线：按首尾吃水、平均吃水画水线。

（4）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。

（5）调整压载的位置：使船模没有横倾，首尾吃水满足规定要求。

（6）安装导航装置：使船模纵中剖面与前进方向一致，纵向和垂向运动不受匀速。

（7）拖点（浮心位置）

（8）最后将船模安装在拖车上。

（二）船模阻力实验数据测量

（1）船模速度测量：

（a）根据实船设计航速，确定最高航速，通常比设计航速高2节。

（b）根据实船长度、速度范围和模型尺度按rF数相等的原则，确定船模实验速度范围。

（c）在不同航速下进行拖曳实验。待拖车速度达到稳定匀速时即可进行速度和阻力记录。拖车速度就是船模速度，速度是用数字编码器（光栅盘）测量的。

（2）船模阻力测量：

（a）阻力测量与速度记录同时进行。船模阻力由专门的阻力仪测量。阻力仪有机械式和电测式两类。

（b）电测阻力仪输出电压信号，所以使用前要进行标定，确定标定系数。

阻力值=测得的电压值*标定系数。测量前要调零。

五、问题与思考：

1．船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？

答：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？

答：实船船体表面比较粗糙，故实船摩擦阻力为其中为粗糙度补贴系数，按不同船长选取。

实验报告二

一、实验名称：螺旋桨敞水实验

二、实验目的：测定单独螺旋桨工作时的特性，通常包括桨的推力系数、扭矩系数和敞水效率。

三、实验原理：

1．什么叫螺旋桨敞水实验？螺旋桨敞水实验可以在哪里进行？

螺旋桨模型单独地在均匀水流中的实验称为敞水实验，实验可以在船模实验池、循环水槽或空泡水筒中进行。

2．简述螺旋桨模型敞水实验必须满足的条件。

从理论上讲，螺旋桨模型实验必须满足全相似条件、扭矩系数和敞水效率与实桨的相等。实际上，模型实验时无法满足全相似条件。

螺旋桨模型敞水实验必须满足以下条件：

（1）几何相似；

（2）螺旋桨模型有足够的浸深（傅汝德数可不考虑）；

（3）实验时雷诺数应大于临界雷诺数，eR=510*3.0(2nDRe)

（4）进速系数相等。

3．写出螺旋桨进速系数的公式，及公式中各符号代表的含义。

进速系数 DnVJap

aV：拖车速度 n：桨转速 D：螺旋桨直径

4．简述螺旋桨敞水性征曲线的概念及其意义。

推力系数TK，转矩系数QK及敞水系数0对进速系数J的曲线称为螺旋桨的性征曲线。我们讨论的是孤立螺旋桨的性能，所以称为螺旋桨敞水性征曲线。它表示了螺旋桨在任意工作情况下的全面性能。

四、实验内容：

（一）填写实验主要设备表

名称 说明

敞水动力仪（H29-1） 敞水动力仪是敞水实验的专用设备。它包括自航动力仪、光栅编码器（测速发电机）、驱动电机及传动机构。

敞水动力仪功能是测量安装在轴上的桨模的转速、推力和扭矩。

（二）实验步骤：

1.敞水实验准备

（1）桨模制作：敞水桨模直径为0.2-0.3m，通常用巴氏合金、铜合金、不锈钢或铝等合金。桨模精度在0.05mm；

（2）将敞水动力仪固定在水池拖车上，预先应进行校验和标定；

（3）将桨模安装在敞水动力仪上，叶背向前，浸没深度大于桨径。

2.敞水实验程序

（1）零航速敞水实验，按预定转速开动敞水动力仪，测tT，tQ

（2）按预定转速开动敞水动力仪，同时开动拖车，使螺旋桨进速系数达到预定值。

（3）当拖车速度稳定时，记录拖车速度aV，桨转速n，推力tT，扭矩tQ，完成一进速的实验。

（4）系列变化拖车速度，完成全部实验内容，注意各次之间应有足够的等水时间。

（5）用尺寸、重量相近的假毂代替桨模，重复上述实验，测得敞水动力仪自身的推力sT，扭矩sQ，用以进行修正。

（6）扭矩修正值，测的sQ是尾轴摩擦损失，与转速有关。螺旋桨吸收的净扭矩

stQQQ

（7）推力修正值。桨轴和桨毂横剖面上受到水的阻力，抵消了一部分桨叶发出的推力，其大小与桨前进速度有关。

stTTT

五、实验数据处理：

螺旋桨敞水试验中，测得推力T=62.2N，扭矩Q=24.4N·m，水的密度=1.0310kg/3m，螺旋桨的转速n=14r/s, 螺旋桨直径D=0.202m，拖车速度aV=2.08m/s。试求出推力系数、扭矩系数、敞水效率、进速系数。

解：

由公式：推力系数 42DnTKT 得：KT=0.191 扭矩系数 52DnQKQ 得：KQ=0.370

敞水效率

QTpKKJ20 得： η0=0.0308

进速系数 DnVJap 得：Jp=0.736

实验报告三

一、实验名称：船模摇荡实验

二、实验目的：

①确定待设计或已建造船舶的耐波性,判断是否满足使用要求。

②寻找，评价减摇措施，或者优良船型。

③测定水动力系数，供理论计算及机理研究。

④测定其载荷加速度，供结构和强度使用，砰击还与振动有关，某些设备（如电子侦查设备，水面发射武器等）要求。

三、实验原理：

1．简述耐波性主要研究的内容，并描述什么样的船耐波性比较好？

船舶摇荡是耐波性的主要内容，耐波性能所涉及的其它内容主要是由船舶摇荡引起的。估计船舶摇荡是评定耐波性最基本的条件。根据船舶摇荡实验可以定量地计算出像砰击、上浪、飞车等性能。一般来说，船舶摇荡较缓和，则耐波性也好。

2．简述船舶摇荡实验的相似准则。

模型实验相似准则：与快速性类似，要求符合船模与实船保持几何相似、运动相似和动力相似。而动力相似应包括：雷诺数超过临界雷诺数；傅汝德数相等；斯特鲁哈尔数相等

3．简述船舶的十二种运动形式的名称，并指出哪些属于往复运动。

十二种运动形式的名称：横倾、纵倾、回转、横摇、纵摇、首摇、前进或后退、横漂、上浮或下沉、纵荡、横荡、垂荡；其中属于往复运动的有：横摇、纵摇、首摇。

4．对造波机造的波浪的要求都有哪些？

波浪频率应当覆盖船模的谐摇频率，越宽越好。在规则波上实验波长范围0.5PPL-2.0PPL左右，波高2h与船长之比应少于1/50，波高2h与波长之比应少于或等