波浪中船舶快速性試驗

波浪中船舶快速性試驗

1靜水快速性是船舶較好的基本前提過去，由于理論和技術的發(fā)展，人們習慣于衡量一艘船的航行性能，尤其是與船舶在靜態(tài)水中的速度相比。事實上,一艘船在它的整個營運壽命期間,有80%是在各種不同大小的海況中航行的。靜水快速性好的船不一定在波浪中的快速性也是好的。有很多船長反映,為什么有些船舶靜水快速性能指標優(yōu)良,但在實際航行中總感覺跑不快,這其中的主要因素就是波浪中的快速性能問題。當今,隨著理論和技術的發(fā)展及業(yè)主對船舶航運經(jīng)濟性的要求越來越高,船舶在波浪中的快速性已日益受到人們的普遍重視。要研究船舶在波浪中的快速性,就有必要開展波浪中自航試驗的研究。2試驗波自航行的規(guī)則2.1船模大小橫向比較船模大小根據(jù)試驗水池條件確定,通常在3～3.5m。槳模大小根據(jù)船模大小按幾何相似要求換算。船模按相似要求調整好重心和慣量。其它準備同靜水自航試驗。2.2設備準備適航儀、浪高儀、靜水自航試驗所用的自航動力儀等。2.3需要提前測試的測試螺旋槳敞水試驗、靜水阻力試驗、靜水自航試驗、規(guī)則波阻力試驗。2.4強迫自航法確定4個速度,每個速度確定8～10個規(guī)則波波頻,在每個波頻下分別做自航試驗,測量推力、扭矩、強制力、螺旋槳轉速?？紤]到若采用強迫自航法,在每個波頻下還要進行5個強制力的自航試驗。這樣,一個吃水狀態(tài)1次自航試驗一共要開4×8×5～4×10×5次(速度數(shù)×波頻數(shù)×強制力數(shù)),即160～200次車,而且每次造波以后的等水時間又比較長,將花費大量的時間。因此,建議采用純粹自航法。選在船模自航點上進行。在每個波頻上保持螺旋槳轉速不變,用自航動力儀測量推力、扭矩,用適航儀測量強制力(保持在0附近)。3自航因子的整理通過規(guī)則波中的自航試驗,分別測得4個航速下的各個波頻時的平均推力TW(ω)、平均扭矩QW(ω)和平均轉速NW(ω)。把它們整理成增量的無因次系數(shù),其表達式分別為KTw(ω)=ΔTw(ω)ρg(B2/L)ζ2a?ΔTw(ω)=Tw(ω)?Ts(1)KQw(ω)=ΔQw(ω)ρg(B2D/L)?ζ2a?ΔQw(ω)=Qw(ω)?Qs(2)KNw(ω)=ΔNw(ω)?D3?Vg?(B2/L)?ζ2a?ΔNw(ω)=Nw(ω)?Ns(3)ΚΤw(ω)=ΔΤw(ω)ρg(B2/L)ζa2?ΔΤw(ω)=Τw(ω)-Τs(1)ΚQw(ω)=ΔQw(ω)ρg(B2D/L)?ζa2?ΔQw(ω)=Qw(ω)-Qs(2)ΚΝw(ω)=ΔΝw(ω)?D3?Vg?(B2/L)?ζa2?ΔΝw(ω)=Νw(ω)-Νs(3)式中:KTw(ω)——波浪中推力增量的無因次系數(shù);ΔTw(ω)——波浪中推力增量;Tw(ω)——波浪中推力;Ts——靜水中推力;KQw(ω)——波浪中扭矩增量的無因次系數(shù);ΔQw(ω)——波浪中扭矩增量;Qw(ω)——波浪中扭矩;Qs——靜水中扭矩;KNw(ω)——波浪中轉速增量的無因次系數(shù);ΔNw(ω)——波浪中轉速增量;Nw(ω)——波浪中轉速;Ns——靜水中轉速;ζa——波幅;ω——波浪圓頻率;D——螺旋槳直徑;V——航速。再把這些無因次系數(shù)整理成隨λ/L(波長/船長)變化的曲線,即頻率響應曲線。波浪中的自航因子數(shù)據(jù)整理采用通常的靜水自航試驗方法。不同的是波浪中的自航因子同時還是波浪頻率的函數(shù),但在某個波浪頻率時,其數(shù)學式表達與靜水時是一樣的,故各自航因子的數(shù)學表達式文中不再贅述。在船模自航點上,對每個速度、每個波長分別計算推力減額1-t(ω)、伴流分數(shù)1-w(ω)、敞水效率η0(ω)、相對旋轉效率ηR(ω)、船身效率ηH(ω)和推進效率Q.P.C(ω)。為了直觀地對照比較波浪中的自航因子與靜水中的自航因子,通常把波浪中的自航因子整理成隨λ/L(波長/船長)變化的曲線,而把靜水中的自航因子在同一幅圖上畫成一條直線。根據(jù)文獻資料及筆者以前做過的波浪中自航試驗結果表明,船舶在波浪中的自航因子相當于靜水中的自航因子。4ittc雙參數(shù)波譜密度法根據(jù)規(guī)則波中自航試驗的結果,來預報不規(guī)則波中的功率增量,有多種不同的方法。但據(jù)文獻資料表明,不同方法所得到的結果差別不是很大,筆者推薦比較合理的直接功率法。一般認為,功率增量、螺旋槳扭矩和轉速的平均增量正比于波幅的平方。則保持船模在不規(guī)則波中的航速所需的平均功率增量PAw,可從規(guī)則波中的自航試驗按式(4)計算得到PAw=2∫0∞ΔPw(ω)ζ2aSζ(ω)dω(4)ΡAw=2∫0∞ΔΡw(ω)ζa2Sζ(ω)dω(4)式中:ΔPw(ω)——波浪中功率增量。它是根據(jù)規(guī)則波中自航試驗和靜水中自航試驗數(shù)據(jù),由式(5)計算得到ΔPw(ω)=2π75[Nw(ω)?Qw(ω)?Ns?Qs](5)ΔΡw(ω)=2π75[Νw(ω)?Qw(ω)-Νs?Qs](5)利用式(5),可以選擇ITTC雙參數(shù)波譜按式(4)作譜分析統(tǒng)計計算。ITTC雙參數(shù)波譜譜密度表達式為Sζ(ω)=Aω5?exp(?Bω4)(6)Sζ(ω)=Aω5?exp(-Bω4)(6)式中:A=173H21/31/32·T?411-4;B=691T?411-4H1/3——波浪有義波高;T1——波浪特征周期。于是,便可以得到不規(guī)則波中總的收到功率Pw為Pw=Ps+PAwΡw=Ρs+ΡAw式中:Ps——靜水中收到功率。5靜水上的波浪失速“擴速”c把各個波況的收到功率Pw和靜水中收到功率Ps畫在同一“