《船模性能實驗》實驗報告

1、大連理工大學網絡教育學院船模性能實驗實驗報告in岑網絡教育學院«船模性能實驗實驗報告學習中心：層次：專升本專業(yè)：船舶與海洋工程學號：學生：完成日期： 2013 年2月6日大連理工大學網絡教育學院船模性能實驗實驗報告實驗報告、實驗名稱：船模阻力實驗二、實驗目的：主要研究船模在水中勻速直線運動時所受到的作用力及其航行狀態(tài)。其具體目標包括：（1）船型研究通過船模阻力實驗比較不同船型阻力性 能的優(yōu)劣。（2）確定設計船舶的阻力性能；對具體設計的船舶，通過船模阻力實 驗，計算實船的有效功率，供設計推進器應用。（3）預報實船性能；船模自航實驗前，必須進行船模阻力實驗，為分析自航實驗結果預報實船提供

2、必要的數據。（4）系列船模實驗；為提供各類船型的阻力圖譜，必須進行系列船模的阻力實驗。此外還有進行幾何相似船模組實驗，其目的在于研究推進方面的一些問題。（5）研究各種阻力成分實驗；為了研究分類，確定某種阻力成分，必須進行某些專門 的實驗。（6）附體阻力實驗；目的在于求得附體的阻力值以及比較不同形式的附 體對阻力的影響。（7）流線實驗；在船模實驗的同時，有時還要進行船模流線實 驗，目的在于確定毗龍骨，軸支架等附體以及船首尾側推器開孔的位置等。（8）航行狀態(tài)的研究；在船模阻力實驗時，測量船模在高速直線運動時的縱傾及 升沉等狀態(tài)，這對于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤為重要。三、實驗原理：

3、1.簡述水面船舶模型阻力實驗相似準則。（1）船模與實船保持幾何相似。（2）船模實驗的雷諾數 達到臨界雷諾數以上。32 .分別說出實驗中安裝激流絲和稱重工作的作用激流絲是為了使其在金屬絲以后的邊界層中產牛紊流；稱重工作是為了準確 稱量船模重量和壓載重量，以達到按船?？s尺比要求的實船相應的排水量。3 .船模阻力實驗結果換算方法有哪些?1）安裝激流絲：用1mmfe屬絲縛在船模的19站處使其在金屬絲以后的邊界層中產生紊流。2）稱重工作：準確稱量船模重量和壓載重量，以達到按船?？s尺比要求的實船相應的排水量。3 .船模阻力實驗結果換算方法有哪些？常用的船模阻力實驗結構換算方法有兩種，即二因次方法和三因次方

4、法。 二因次方法亦稱傅汝德方法；三因此方法為 1978年ITTC性能委員會推薦的換算方法。4 .簡述傅汝德假定的內容，并寫出傅汝德?lián)Q算關系式。傅汝德假定：假定船體的總阻力可以分為獨立的兩部分， 一為摩擦阻力Rf , 只與雷諾數有關，另一個為粘壓阻力 Rpv和興波阻力Rw合并后的剩余阻力R， 只與傅汝德數有關，且適用比較定律。假定船體的摩擦阻力等于同速度、 同長度、同濕面積的平板摩擦阻力。 因此，可以用平板摩擦阻力公式計算船體的摩 擦阻力，通常稱為相當平板摩擦。Rfs(RtmRfm) 3傅汝德?lián)Q算關系:四、實驗內容:（一）填寫實驗主要設備表名稱說明拖曳水池水池狹而長，配置有拖動設備和測量儀器，以

5、測得船模在不同速度下的阻力值。實驗池的水采用淡水，船池尺度決定了船模大小和速度。大連理工大學船模試驗水池長160日寬7日水深3.7 m）拖車速度08m/s,速度精度± 1 mm/so配有搖板式規(guī)則波造波機。拖車拖車是在沿水池兩旁軌道上行駛的。拖車的用途是拖曳實驗船模，并使船模保持一定的方向和一定的速度運動。其次在拖車上要安裝測量和記錄儀器。拖車的主要技術指標是速度范圍和速度精度。水面電測阻力儀水面電測阻力儀簡稱電測阻力儀，是用在水池實驗中測量船模阻力。阻力儀通常是應變式的傳感器。阻力儀要求性能穩(wěn)定，靈敏度高，具有良好的線性和重復性。根據實驗要求選擇相應的量程，可提高測量精度。(二)實

6、驗步驟：(一)船模阻力實驗準備(1)船模制作：船?？s尺比依據水池的長度和航速決定的，船模線型要與 實船保持幾何相似，表面必須光潔，滿足一定的加工精度。船模使用的材料通常 是木模，木模不易變形，蠟模成本低。(2)安裝激流絲：用1mmfe屬絲縛在船模的19站處使其在金屬絲以后的邊界層中產生紊流。(3)畫水線：按首尾吃水、水均吃水畫水線。(4)稱重工作：準確稱量船模重量和壓載重量，以達到按船?？s尺比要求 的實船相應的排水量。(5)調整壓載的位置：使船模沒有沒傾，首尾吃水滿足規(guī)定要求。(6)安裝導航裝置：使船模縱中剖面與前進方向一致，縱向和垂向運動不 受勻速。(7)拖點(浮心位置)(8)最后將船模安裝

7、在拖車上。(二)船模阻力實驗數據測量(1)船模速度測量：(a)根據實船設計航速、確定最高航速、通常比設計航速高2節(jié)。(b)根據實船長度、速度范圍和模型尺度按 Fr數相等的原則，確定船模實 驗速.度范圍。(c)在不同航速下進行拖曳實驗。待拖車速度達到穩(wěn)定勻速時即可進行速 度和阻力記錄。拖車速度就是船模速度、速度是用數字編碼器(光柵盤)測量的。(2)船模阻力測量：(a)阻力測量與速度記錄同時進行。船模阻力由專門的阻力儀測量。阻力 儀有機械式和電測式兩類。(b)電測阻力儀輸出電壓信號，所以使用前要進行標定，確定標定系數。阻力佰,測得的電壓佰*標定系數。測量前要調要。五、問題與思考：1 .船模阻力實驗

8、結果換算方法之間的區(qū)別是什么?即二因次方法和三因次方法。答：常用的船模阻力實驗結構換算方法有兩種,二因次方法亦稱傅汝德方法；三因此方法為 1978年ITTC性能委員會推薦的 換算方法。這兩種方法的區(qū)別在于對粘性阻力的處理原則不同。2 .實船摩擦阻力計算中，粗糙度補貼系數是根據什么選取的？答：實船船體表面比較粗糙，故實船摩擦阻力為其中為粗糙度補貼系數，按 不同船長選取。11實驗報告二、實驗名稱： 螺旋槳敞水實驗 二、實驗目的：測定單獨螺旋槳工作時的特性，通常包括槳的推力系數、扭矩系數和敞水效率。三、實驗原理：1 .什么叫螺旋槳敞水實驗？螺旋槳敞水實驗可以在哪里進行？答：螺旋槳模型單獨地在均勻水流

9、中的實驗稱為敞水實驗，實驗可以在船模實驗池、循環(huán)水槽或空泡水筒中進行。2 .簡述螺旋槳模型敞水實驗必須滿足的條件。測定單獨螺旋槳工作時的特性，通常包括槳的推力系數、扭矩系數和敞水效 率。3 .寫出螺旋槳進速系數的公式，及公式中各符號代表的含義。螺旋槳進速系數Jp 2n D其中：J為螺旋槳的進速系數； KT為螺旋槳的推力系數； KQ為螺旋槳的扭矩系數;0為螺旋槳的敞水效率；T為螺旋槳發(fā)出的凈推力 （N）; Q為螺旋槳吸收的凈扭矩 （N-m）;va為螺旋槳的前進速度（ m/s）; n 為螺旋槳的轉速（r/s）; D 為螺旋槳直徑（ m）;3為池水密度（kg/ m ）4.簡述螺旋槳敞水性征曲線的概念

10、及其意義。答：推力系數Kt ,轉矩系數KQ及敞水系數。對進速系數J的曲線稱為螺旋 槳的性征曲線。我們討論的是孤立螺旋槳的性能，所以稱為螺旋槳敞水性征曲線。 它表示了螺旋槳在任意工作情況下的全面性能。四、實驗內容：(一)填寫實驗主要設備表名稱說明(可填寫設備大小、用途等內容)敞水動力儀(H29-1)測量安裝在軸上的槳模的轉速、推力和扭矩拖曳水池長 160m,寬 7 m,水深 3.7 m。拖曳實驗船模(二)實驗步驟：(一)敞水實驗準備(1)槳模制作：敞水槳模直徑為 0.2-0.3m,通常用巴氏合金、銅合金、不銹鋼或鋁等合金。槳模精度在 0.05mm;(2)將敞水動力儀固定在水池拖車上，預先應進行校

11、驗和標定;(3)將槳模安裝在敞水動力儀上，葉背向前，浸沒深度大于槳徑。(二)敞水實驗程序(1)零航速敞水實驗，按預定轉速開動敞水動力儀，測Tt , Qt(2)按預定轉速開動敞水動力儀，同時開動拖車，使螺旋槳進速系數達到預定值。(3)當拖車速度穩(wěn)定時，記錄拖車速度Va ,槳轉速 n,推力Tt ,扭矩Qt ,完成一進速的實驗。(4)系列變化拖車速度，完成全部實驗內容，注意各次之間應有足夠的等水時間。(5)用尺寸、重量相近的假轂代替槳模，重復上述實驗，測得敞水動力儀自身的推力Ts,扭矢I Qs,用以進行修正。五、實驗數據處理：螺旋槳敞水試驗中，測得推力T=62.2N,扭矩Q=24.4N - m,水的

12、密度=1.0 103 kg/m3,螺旋槳的轉速 n=14r/s,螺旋槳直徑 D=0.202m拖車速度Va=2.08m/s。試求出推力系數、扭矩系數、敞水效率、進速系數。推力系數 Kt=1.91:扭矩系數 Kq=3.7:講速系數 Jp=0.74:敞水效率n=0.06實驗報告三、實驗名稱：船模搖蕩實驗二、實驗目的：確定待設計或已建造船舶的耐波性 ，判斷是否滿足使用要求。尋找，評價減搖措施，或者優(yōu)良船型。測定水動力系數，供理論計算及機理 研究。測定其載荷加速度，供結構和強度使用，砰擊還與振動有關，某些設備（如電子偵查設備，水面發(fā)射武器等）要求。三、實驗原理：1 .簡述耐波性主要研究的內容，并描述什么

13、樣的船耐波性比較好？答：船舶搖蕩運動主要研究由波浪干擾引起的船舶往復運動，其中橫搖、縱搖和垂蕩對船舶航行影響最大，是研究船舶搖蕩運動的主要內容。2 .簡述船舶搖蕩實驗的相似準則。答：模型實驗相似準則：與快速性類似，要求符合船模與實船保持幾何相似、 運動相似和動力相似。而動力相似應包括：雷諾數超過臨界雷諾數；傅汝德數相 等；斯特魯哈爾數相等3 .簡述船舶的十二種運動形式的名稱，并指出哪些屬于往復運動。答：船舶的十二種運動形式包括：橫傾、縱傾、回轉、橫搖、縱搖、首搖、 前進或后退、橫漂、上浮或下沉、縱蕩、橫蕩、垂蕩。其中屬于往復運動的 有，橫搖、縱搖、首搖、縱蕩、橫蕩、垂蕩。4 .對造波機造的波浪

14、的要求都有哪些？答：波浪頻率應當覆蓋船模的諧搖頻率,越寬越好。在規(guī)則波上實驗波長范圍0.5 Lpp -20 Lpp左右：波高2h與船長之比應少干1/50：波高2h與波長之比應少于或等于1/20。四、實驗內容：（一）填寫實驗主要設備表名稱說明（可填寫設備大小、用途等內容）實驗水池長 160m,寬 7 m,水深 3.7 m。造波機制造波浪造風機制造風消波器吸收到達水池邊緣的波浪，防止反射回去。適航儀記錄橫搖、縱搖、搖首、垂蕩、縱蕩和橫蕩6種耦合運動陀螺儀測量航向角、橫傾角、縱傾角浪高儀測量水池中波浪(二)實驗步驟：1 .搖蕩實驗程序(1)船模準備：除滿足幾何相似外，船模本體應當較輕，易于調整慣量;

15、(2)調整重心高度，調整縱向慣性矩，在水中測橫向搖擺周期。(3)船模上安裝陀螺、加速度計等儀器均應固定在適當位置。船模兩端在重心高度位置系上兩根細繩;(4)造波機準備：調整造波參數使之滿足本次實驗要求;浪高儀準備：安裝并校準浪高儀，確定標定系數;(5)零速橫搖實驗時用船模兩端細繩將模型固定在水池適當位置，注意模型必須在浪高儀后方；縱向運動實驗時將模型連接在拖車下， 注意導向裝置對船模在 縱向運動不會形成約束;(6)啟動造波機制造波浪、當船模搖蕩進入穩(wěn)定狀態(tài)時記錄數據。五、問題與思考：1 .船模慣性矩計算中，縱向慣性半徑和橫向慣性半徑怎么選??？答：0.25 Lpp作為船舶的縱向慣性半徑，0.35

16、 Bs作為船舶的橫向慣性半徑。2 .為什么要進行船模慣性調整？模型慣性調整是耐波性實驗的重要環(huán)節(jié)。即按照模型實驗相似性原則：將模型的重心位置、縱橫向慣性矩調整到設計要求。實驗報告四、實驗名稱：船模自航實驗二、實驗目的：船舶快速性主要與主機、船體和推進器的獨自性能以及它們的配合是否得當有關。阻力和螺旋槳敞水實驗用來獲得船體和螺旋槳的各自性能，而自航實驗有以下主要目的：(1)分析各項效率及船尾伴流對螺旋槳效率的 影響和螺旋槳工作時對船舶阻力的影響，為螺旋槳設計提供資料;(2)預報實船性能。即通過實驗給出主機功率、轉速和船速之間的關系，得出實船航速預報，驗證設計的船舶是否滿足任務書中要求的航速;(3

17、)判斷螺旋槳、主機、船體之間的配合是否良好。三、實驗原理：1 .簡述船模自航實驗的相似定律。槳模的雷諾數超過臨界雷諾數，傅汝德數相等，螺旋槳部分應滿足講諫系數 相等。2 .船模自航方法都有哪些？簡述其中一種方法。船模自航的方法有純粹自航法和強迫自航法。強迫自航法是在某一船模速度Vm下、在船模運動方向上施加一系列的強制力 Z、其中應包括Fd在內、船模在 強制力和推力的共同作用下達到力的平衡，即在航速為 Vm的情況下，螺旋槳發(fā) 出的推力應滿足下列條件： T(1 tm) Z Rm。3 .簡述推進效率的各種成分。敞水扭矩與船后扭矩的比值為相對旋轉效率，船有效馬力PE與螺旋槳推功率斗比伯稱為船身效率 加

18、上敞水效率 。和軸系摩擦引起的傳涕效率 K 我 們可以列出各效率成分間的關系: 推進效率(式中：QPC似是推進系數 R、Pd一有效功率、收到功率)PCPeRVsT(1 t) VAp qpc ss一s s Pd2 nQb2 nQb 1TVa 1 t Qos - T- ""Z- s 0 h r2 nQo 1Qb4.簡述自航實驗中的推力減額的概念。螺旋槳發(fā)出的推力一部分用來克服船的阻力 （不帶螺旋槳時的阻力），而另一 部分則為克服阻力增額，習慣上將此稱為推力減額。四、實驗內容：（一）填寫實驗主要設備表名稱說明電機等傳動裝置（可調電 機轉速）是完成船模水池性能試驗工屬具。配有精度較

19、高的車速控制系統(tǒng)，保證船模運動速度和試驗結果的精度。電測阻力儀阻力儀要求性能穩(wěn)定，靈敏度高。具有良好的線性和重復性。根 據試驗要求選擇相應的量程，可提高測量精度。自航動力儀自航動力儀是自航實驗的專用設備。水池水池狹而長，配置有拖動設備和測量儀器，以測得船模在不同速 度卜的阻力值，實驗池的水采用淡水，船池尺度決定了船模大小 和速度。拖車拖車是在沿水池兩旁軌道上行駛的，拖車的用途是拖曳實驗船模，并使船模保持一定的方向和一定的速度運動。其次在拖車上要安裝測量和記錄儀器。拖車的主要技術指標是速度范圍和速度精度。（二）實驗步驟：1 .自航實驗速度一般取4個：以設計航速Vm為基點、高于設計航速1個、 低于設計速度的2個。速度間隔為1.5-2kn。2 .強制力一般取5個：以摩擦阻力修正值Fd為基點、上下各2個。即取強制力為 0、0.5 FD -FD、1.5 F