《船模性能實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、入凡江工人«船模性能學(xué)習(xí)中心：層 次:專 業(yè):學(xué) 號(hào):學(xué) 生:完成日期：十網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專升本船舶與海洋工程2013 年2月6日實(shí)驗(yàn)報(bào)告一一、實(shí)驗(yàn)名稱：船模阻力實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐饕芯看Ｔ谒袆蛩僦本€運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的作用力及其航行狀態(tài)。其具體目標(biāo)包括：（1）船型研究通過船模阻力實(shí)驗(yàn)比較不同船型阻力性 能的優(yōu)劣。（2）確定設(shè)計(jì)船舶的阻力性能；對(duì)具體設(shè)計(jì)的船舶，通過船模阻力實(shí) 驗(yàn)，計(jì)算實(shí)船的有效功率，供設(shè)計(jì)推進(jìn)器應(yīng)用。（3）預(yù)報(bào)實(shí)船性能；船模自航實(shí)驗(yàn)前，必須進(jìn)行船模阻力實(shí)驗(yàn)，為分析自航實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)報(bào)實(shí)船提供必要的數(shù)據(jù)。（4）系列船模實(shí)驗(yàn)；為提供各類船型的阻力圖譜，必須進(jìn)行系列船

2、模的阻力實(shí)驗(yàn)。此外還有進(jìn)行幾何相似船模組實(shí)驗(yàn)，其目的在于研究推進(jìn)方面的一些問題。（5）研究各種阻力成分實(shí)驗(yàn)；為了研究分類，確定某種阻力成分，必須進(jìn)行某些專門 的實(shí)驗(yàn)。（6）附體阻力實(shí)驗(yàn)；目的在于求得附體的阻力值以及比較不同形式的附 體對(duì)阻力的影響。（7）流線實(shí)驗(yàn)；在船模實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，有時(shí)還要進(jìn)行船模流線實(shí) 驗(yàn)，目的在于確定觥龍骨，軸支架等附體以及船首尾側(cè)推器開孔的位置等。（8）航行狀態(tài)的研究；在船模阻力實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)量船模在高速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的縱傾及 升沉等狀態(tài)、這對(duì)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(shí)驗(yàn)原理：1 .簡(jiǎn)述水面船舶模型阻力實(shí)驗(yàn)相似準(zhǔn)則。（1）船模與實(shí)船保持幾何相似。（

3、2）船模實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù) 達(dá)到臨界雷諾數(shù)以上。（3船模與實(shí)船傅汝德數(shù)相等。2 .分別說出實(shí)驗(yàn)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(chǎn)牛紊流：稱重工作是為了準(zhǔn)確稱量船模重量和壓載重量，以達(dá)到按船?？s尺比要求的實(shí)船相應(yīng)的排水量。3 .船模阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果換算方法有哪些?1）安裝激流絲：用1mm金屬絲縛在船模的19站處使其在金屬絲以后的邊界層中產(chǎn)生紊流。2）稱重工作：準(zhǔn)確稱量船模重量和壓載重量，以達(dá)到按船?？s尺比要求的實(shí)船相應(yīng)的排水量。3 .船模阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果換算方法有哪些？常用的船模阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)換算方法有兩種， 即二因次方法和三因次方法。 二因次方法亦稱傅汝德方法；三因此方法為

4、 1978年ITTC性能委員會(huì)推薦的換算方法。4 .簡(jiǎn)述傅汝德假定的容，并寫出傅汝德?lián)Q算關(guān)系式。傅汝德假定：假定船體的總阻力可以分為獨(dú)立的兩部分， 一為摩擦阻力f , 只與雷諾數(shù)有關(guān)，另一個(gè)為粘壓阻力 Rpv和興波阻力Rw合并后的剩余阻力Rr, 只與傅汝德數(shù)有關(guān)，且適用比較定律。假定船體的摩擦阻力等于同速度、同長(zhǎng)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(jì)算船體的摩 擦阻力、通常稱為相當(dāng)平板摩擦。傅汝德?lián)Q算關(guān)系:RtsRfs (Rtm Rfm)3m四、實(shí)驗(yàn)容：（一）填寫實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備表名稱說明拖曳水池水池狹而長(zhǎng)，配置有拖動(dòng)設(shè)備和測(cè)量?jī)x器，以測(cè)得船模在不同速度下的阻力值。實(shí)驗(yàn)池的水

5、采用淡水，船池尺度決定了船模大小和速度。理工大學(xué)船模試驗(yàn)水池長(zhǎng) 160m寬7 m,水深3.7 mi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(jī)。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(shí)驗(yàn)船模，并使船模保持一定的方向和一定的速度運(yùn)動(dòng)。其次在拖車上要安裝測(cè)量和記錄儀器。拖車的主要技術(shù)指標(biāo)是速度圍和速度精度。水面電測(cè)阻力儀水面電測(cè)阻力儀簡(jiǎn)稱電測(cè)阻力儀，是用在水池實(shí)驗(yàn)中測(cè)量船模阻力。阻力儀通常是應(yīng)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(fù)性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇相應(yīng)的量程，可提高測(cè)量精度。(二)實(shí)驗(yàn)步驟：(一)船模阻力實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1)船模制

6、作：船?？s尺比依據(jù)水池的長(zhǎng)度和航速?zèng)Q定的，船模線型要與 實(shí)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?zāi)３杀镜汀?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(chǎn)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(zhǔn)確稱量船模重量和壓載重量、以達(dá)到按船?？s尺比要求 的實(shí)船相應(yīng)的排水量。(5)調(diào)整壓載的位置：使船模沒有橫傾，首尾吃水滿水規(guī)定要求。(6)安裝導(dǎo)航裝置：使船?？v中剖面與前進(jìn)方向一致，縱向和垂向運(yùn)動(dòng)不 受勻速。(7)拖點(diǎn)(浮心位置)(8)最后將船模安裝在拖車上。(二)船模阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量(1)

7、船模速度測(cè)量：(a)根據(jù)實(shí)船設(shè)計(jì)航諫，確定最高航諫，通常比設(shè)計(jì)航速高2節(jié)。(b)根據(jù)實(shí)船長(zhǎng)度、速度圍和模型尺度按 Fr數(shù)相等的原則，確定船模實(shí)驗(yàn) 速度圍。(c)在不同航諫下講行拖電實(shí)驗(yàn)。待拖車諫度達(dá)到穩(wěn)定勻諫時(shí)即可講行諫 度和阻力記錄。拖車速度就是船模速度，速度是用數(shù)字編碼器(光柵盤)測(cè)量的。(2)船模阻力測(cè)量:(a)阻力測(cè)量與速度記錄同時(shí)進(jìn)行。船模阻力由專門的阻力儀測(cè)量。阻力 儀有機(jī)械式和電測(cè)式兩類。(b)電測(cè)阻力儀輸出電壓信號(hào)，所以使用前要進(jìn)行標(biāo)定，確定標(biāo)定系數(shù)。阻力值=測(cè)得的電壓值*標(biāo)定系數(shù)。測(cè)量前要調(diào)零。五、問題與思考：1 .船模阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果換算方法之間的區(qū)別是什么？答：常用的船模阻力

8、實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)換算方法有兩種，即二因次方法和三因次方法。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(huì)推薦的換算方法。這兩種方法的區(qū)別在于對(duì)粘性阻力的處理原則不同。2 .實(shí)船摩擦阻力計(jì)算中，粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)是根據(jù)什么選取的？答：實(shí)船船體表面比較粗糙，故實(shí)船摩擦阻力為其中為粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)，按 不同船長(zhǎng)選取。實(shí)驗(yàn)報(bào)告二、實(shí)驗(yàn)名稱： 螺旋槳敞水實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定單獨(dú)螺旋槳工作時(shí)的特性，通常包括槳的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率。三、實(shí)驗(yàn)原理：1 .什么叫螺旋槳敞水實(shí)驗(yàn)？螺旋槳敞水實(shí)驗(yàn)可以在哪里進(jìn)行？答：螺旃槳模型單獨(dú)地在均勻水流中的實(shí)驗(yàn)稱為敞水實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)可以在船模實(shí)驗(yàn) 池、循環(huán)水槽或

9、空泡水筒中進(jìn)行。2 .簡(jiǎn)述螺旋槳模型敞水實(shí)驗(yàn)必須滿足的條件。測(cè)定單獨(dú)螺旋槳工作時(shí)的特性，通常包括槳的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率。3 .寫出螺旋槳進(jìn)速系數(shù)的公式，及公式中各符號(hào)代表的含義。螺旋槳進(jìn)速系數(shù)J p工p n D Kc 其中：J為螺旋槳的進(jìn)速系數(shù)；KT為螺旋槳的推力系數(shù)；Q為螺旋槳的扭矩系數(shù)；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(jìn)速度（ m/s）; n 為螺旋槳的轉(zhuǎn)速（r/s ）; D為螺旋槳直徑（ m）;3為池水密度（kg/ m ）4.簡(jiǎn)述螺旋槳敞水性征曲線的概念及其意義。答：推力系數(shù)KT ,轉(zhuǎn)矩系數(shù)KQ及敞水

10、系數(shù)0對(duì)進(jìn)速系數(shù)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(shí)驗(yàn)容：（一）填寫實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備表名稱說明（可填寫設(shè)備大小、用途等容）敞水動(dòng)力儀（H29-1）測(cè)量安裝在軸上的槳模的轉(zhuǎn)速、推力口扭矩拖曳水池長(zhǎng)160m寬7 m,水深3.7 m。拖車拖曳實(shí)驗(yàn)船模(二)實(shí)驗(yàn)步驟：(一)敞水實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)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(dòng)力儀固定在水池拖車上，預(yù)先應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定;(3)將槳模安裝在敞水動(dòng)力儀上，葉背向前，

11、浸沒深度大于槳徑。(二)敞水實(shí)驗(yàn)程序(1)零航速敞水實(shí)驗(yàn)，按預(yù)定轉(zhuǎn)速開動(dòng)敞水動(dòng)力儀，測(cè)Tt , Qt(2)按預(yù)定轉(zhuǎn)速開動(dòng)敞水動(dòng)力儀，同時(shí)開動(dòng)拖車，使螺旋槳進(jìn)速系數(shù)達(dá)到預(yù)定值。(3)當(dāng)拖車速度穩(wěn)定時(shí)，記錄拖車速度 & 槳轉(zhuǎn)速 n推力Tt ,扭矩Qt ,完成一進(jìn)速的 實(shí)驗(yàn)。(4)系列變化拖車速度，完成全部實(shí)驗(yàn)容，注意各次之間應(yīng)有足夠的等水時(shí)間。(5)用尺寸、重量相近的假轂代替槳模，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，測(cè)得敞水動(dòng)力儀自身的推力Ts,扭矢I Qs,用以進(jìn)行修正。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：螺旋槳敞水試驗(yàn)中，測(cè)得推力T=62.2N,扭矩Q=24.4N m,水的密度=1.0 103 kg/m3,螺旋槳的轉(zhuǎn)速 n=

12、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(shù)、扭矩系數(shù)、敞水效率、進(jìn)速系數(shù)。推力系數(shù) KT=1.91 ; 扭矩系數(shù) KQ=3.7 ; 進(jìn)速系數(shù) Jp=0.74 ; 敞水效率n 0=0.06實(shí)驗(yàn)報(bào)告三、實(shí)驗(yàn)名稱: 二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍_定待設(shè)計(jì)或已建造船舶的耐波性，判斷是否滿足使用要求。尋找，評(píng)價(jià)減搖措施，或者優(yōu)良船型。 測(cè)定水動(dòng)力系數(shù)，供理論計(jì)算及機(jī)理 研究。測(cè)定其載荷加速度，供結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度使用，砰擊還與振動(dòng)有關(guān)，某些設(shè)備（如電子偵查設(shè)備，水面發(fā)射武器等）要求。三、實(shí)驗(yàn)原理：1 .簡(jiǎn)述耐波性主要研究的容，并描述什么樣的船耐波性比較好？答：船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)主要研究由波

13、浪干擾引起的船舶往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中橫搖、縱搖和垂蕩對(duì)船舶航行影響最大，是研究船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)的主要容。2 .簡(jiǎn)述船舶搖蕩實(shí)驗(yàn)的相似準(zhǔn)則。答：模型實(shí)驗(yàn)相似準(zhǔn)則：與快速性類似，要求符合船模與實(shí)船保持幾何相似、 運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。而動(dòng)力相似應(yīng)包括：雷諾數(shù)超過臨界雷諾數(shù)：傅汝德數(shù)相 等；斯特魯哈爾數(shù)相等3 .簡(jiǎn)述船舶的十二種運(yùn)動(dòng)形式的名稱，并指出哪些屬于往復(fù)運(yùn)動(dòng)。答：船舶的十二種運(yùn)動(dòng)形式包括：橫傾、縱傾、回轉(zhuǎn)、橫搖、縱搖、首搖、前進(jìn)或后退、橫漂、上浮或下沉、縱蕩、橫蕩、垂蕩。其中屬于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的有、橫搖、縱搖、首搖、縱蕩、橫蕩、垂蕩。4 .對(duì)造波機(jī)造的波浪的要求都有哪些？答：波浪頻率應(yīng)當(dāng)覆蓋船模的諧搖頻率,越

14、寬越好。在規(guī)則波上實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)圍0.5 LppgLpp左右，波高2h與船長(zhǎng)之比應(yīng)少于1/50 ,波高2h與波長(zhǎng)之比應(yīng)少于或等于1/20。四、實(shí)驗(yàn)容：（一）填寫實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備表名稱說明（可填寫設(shè)備大小、用途等容）實(shí)驗(yàn)水池長(zhǎng) 160ml 寬 7 m,水深 3.7 m。造波機(jī)制造波浪造風(fēng)機(jī)制造風(fēng)消波器吸收到達(dá)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(yùn)動(dòng)陀螺儀測(cè)量航向角、橫傾角、縱傾角浪圖儀測(cè)量水池中波浪(二)實(shí)驗(yàn)步驟：1 .搖蕩實(shí)驗(yàn)程序(1)船模準(zhǔn)備：除滿足幾何相似外，船模本體應(yīng)當(dāng)較輕，易于調(diào)整慣量;(2)調(diào)整重心高度，調(diào)整縱向慣性矩，在水中測(cè)橫向搖擺周期。(3船

15、模上安裝陀螺、加速度計(jì)等儀器均應(yīng)固定在適當(dāng)位置。船模兩端在重心高度位置系上兩根細(xì)繩;(4)造波機(jī)準(zhǔn)備：調(diào)整造波參數(shù)使之滿足本次實(shí)驗(yàn)要求:浪高儀準(zhǔn)備：安裝并校準(zhǔn)浪高儀，確定標(biāo)定系數(shù);(5)零諫橫搖實(shí)驗(yàn)時(shí)用船模兩端細(xì)繩將模型固定在水池適當(dāng)位置.注意模型必須在浪高儀后方；縱向運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)將模型連接在拖車下. 注意導(dǎo)向裝置對(duì)船模在 縱向運(yùn)動(dòng)不會(huì)形成約束;(6)啟動(dòng)造波機(jī)制造波浪，當(dāng)船模搖蕩講入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。五、問題與思考: 1 .船模慣性矩計(jì)算中，縱向慣性半徑和橫向慣性半徑怎么選取?答：0.25 Lpp作為船舶的縱向慣性半徑，0.35 Bs作為船舶的橫向慣性半徑。2.為什么要進(jìn)行船模慣性調(diào)整？模型

16、慣性調(diào)整是耐波性實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。即按照模型實(shí)驗(yàn)相似性原則，將模型的重心位置、縱橫向慣性矩調(diào)整到設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)報(bào)告四一、實(shí)驗(yàn)名稱：船模自航實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍翱焖傩灾饕c主機(jī)、船體和推進(jìn)器的獨(dú)自性能以及它們的配合是否得當(dāng)有關(guān)。阻力和螺旋槳敞水實(shí)驗(yàn)用來獲得船體和螺旋槳的各自性能，而自航實(shí)驗(yàn)有以下主要目的：(1)分析各項(xiàng)效率及船尾伴流對(duì)螺旋槳效率的影響和螺旋槳工作時(shí)對(duì)船舶阻力的影響、為螺旋槳設(shè)計(jì)提供資料:(2)預(yù)報(bào)實(shí)船性能。即通過實(shí)驗(yàn)給出主機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和船速之間的關(guān)系，得出實(shí)船航速預(yù)報(bào)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的船舶是否滿足任務(wù)書中要求的航速;(3)判斷螺旋槳、主機(jī)、船體之間的配合是否良好。三、實(shí)驗(yàn)原理：1 .簡(jiǎn)

17、述船模自航實(shí)驗(yàn)的相似定律。槳模的雷諾數(shù)超過臨界雷諾數(shù)，傅汝德數(shù)相等，螺旋槳部分應(yīng)滿足進(jìn)速系數(shù)相等。2 .船模自航方法都有哪些？簡(jiǎn)述其中一種方法。船模自航的方法有純粹自航法和強(qiáng)迫自航法。強(qiáng)迫自航法是在某一船模速度Vm下，在船模運(yùn)動(dòng)方向上施加一系列的強(qiáng)制力 Z,其中應(yīng)包括FD在，船模在強(qiáng) 制力和推力的共同作用下達(dá)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(yīng)滿足下列條件： T（1 tm） Z Rtm。3 .簡(jiǎn)述推進(jìn)效率的各種成分。敞水扭矩與船后扭矩的比值為相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，船有效馬力與螺旋槳推功率R比值稱為船身效率 ，加上敞水效率 0和軸系摩擦引起的傳遞效率 s,我 們可以列出各效率成分間

18、的關(guān)系:推進(jìn)效率（式中：QPC-似是推進(jìn)系數(shù)Pe、PD一有效功率、收到功率）QPCPeRVsT（1 t） VaP QPC s sssPd2 nQb2 nQb 1TVa 1 t Q02 nQ0 1Qb4 .簡(jiǎn)述自航實(shí)驗(yàn)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(shí)的阻力），而另一部分則為克服阻力增額，習(xí)慣上將此稱為推力減額。四、實(shí)驗(yàn)容：（一）填寫實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備表名稱說明電機(jī)等傳動(dòng)裝置（可調(diào)電 機(jī)轉(zhuǎn)速）是完成船模水池性能試驗(yàn)工屬具。配有精度較高的車速控制系統(tǒng)，保證船模運(yùn)動(dòng)速度和試驗(yàn)結(jié)果的精度。電測(cè)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(fù)性。根 據(jù)試驗(yàn)要求選

19、擇相應(yīng)的量程，可提高測(cè)量精度。自航動(dòng)力儀自航動(dòng)力儀是自航實(shí)驗(yàn)的專用設(shè)備。水池水池狹而長(zhǎng)，配置有拖動(dòng)設(shè)備和測(cè)量?jī)x器，以測(cè)得船模在不同速 度卜的阻力值，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)船模，并使船模保持一定的方向和一定的速度運(yùn)動(dòng)。其次在拖車上要安 裝測(cè)量和記錄儀器。拖車的主要技術(shù)指標(biāo)是速度圍和速度精度。（二）實(shí)驗(yàn)步驟：1 .自航實(shí)驗(yàn)速度一般取 4個(gè)：以設(shè)計(jì)航速Vm為基點(diǎn)，高于設(shè)計(jì)航速 1個(gè)， 低于設(shè)計(jì)速度的2個(gè)。速度間隔為1.5-2kn。2 .強(qiáng)制力一般取5個(gè)：以摩擦阻力修正值Fd為基點(diǎn)，上下各2個(gè)。即取強(qiáng) 制力為 0、0.5 Fd - Fd、1.5 Fd