船模自航模試驗(yàn)研究

船模自航模試驗(yàn)研究

1吊艙式電力推進(jìn)裝置pod隨著世界石油、集裝箱運(yùn)輸和旅游船舶現(xiàn)代化的發(fā)展，這方面的船舶需求顯著增加。如何提高這些大型船舶的性能，以及船貨業(yè)的水平是我們造船技術(shù)的責(zé)任。有些船舶不僅要求提高船舶的推進(jìn)效率(節(jié)能),同時還需準(zhǔn)確地控制船舶運(yùn)動狀態(tài),滿足該種船舶的使用要求,如:挖泥船、火車渡船等。21世紀(jì)以來吊艙式電力推進(jìn)裝置(又稱全方位推進(jìn)器)出現(xiàn)在許多大型旅游船上,安裝在成品油輪、大型集裝箱船上。吊艙式電力推進(jìn)裝置(以下簡稱POD系統(tǒng))其特點(diǎn)為:可整體吊裝,不僅在安裝時簡便,同時在維修時也方便迅速的多;該裝置占據(jù)的容積小,可讓出更多的艙容;采用此種裝置可大大減小噪聲,使得環(huán)境安靜,增強(qiáng)了船員和乘客的舒適度;該裝置與Z形推進(jìn)器一樣,可大大改善船舶性能,不僅提高船舶推進(jìn)性能,它充分利用對轉(zhuǎn)螺旋槳的優(yōu)勢,改善了船后槳的性能,同時還與船首的側(cè)推裝置配合,改善船舶在低速狀態(tài)的操縱性能,實(shí)現(xiàn)了真正的“操縱自如”要求。本文介紹用此裝置模型安裝在船模上,就其對船舶操縱性能的改善做了試驗(yàn)研究,采用自由自航模型試驗(yàn)方法,進(jìn)行了船舶操縱性的比較試驗(yàn),還完成了船舶采用常規(guī)操縱機(jī)構(gòu)無法完成的操縱運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)其在操縱性能上的優(yōu)勢。2比較主管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)管理系統(tǒng)中船舶的制造性能2.1條船模的槳布結(jié)合某研究項(xiàng)目,選用兩條主尺度相近的船模,一條安裝POD系統(tǒng)的操縱推進(jìn)系統(tǒng),另一條安裝常規(guī)槳舵系統(tǒng),且兩條船模的推進(jìn)器均采用同一對庫存槳模,槳的布置圖見圖1和圖2。由于具體模擬POD系統(tǒng)尚存在許多技術(shù)上的難點(diǎn),試驗(yàn)中采用了以全方位Z推系統(tǒng)替代了POD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶性能的模擬,此時所研究的船舶性能兩者是相同的,故用全方位Z推電力推進(jìn)系統(tǒng)替代全方位吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)是可行的。裝POD系統(tǒng)船模的首部按要求布置了側(cè)推器,見圖3。2.2比較了兩種船模型的結(jié)果表明兩艘船模均按國際海事組織(IMO)要求的衡準(zhǔn),進(jìn)行了設(shè)計航速條件下的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、Z形操縱試驗(yàn)、停船試驗(yàn)等性能比較。2.2.1重復(fù)試驗(yàn)試驗(yàn)比較結(jié)果見表1和圖4、圖5、圖6。2.2.2z型操縱試驗(yàn)的結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果見表2。2.2.3pod系統(tǒng)方案比選試驗(yàn)結(jié)果見表3。從兩艘船舶采用不同的操縱推進(jìn)裝置的操縱性試驗(yàn)結(jié)果表明:1)兩艘船的船舶操縱性均符合國際海事組織對操縱性的要求;2)船舶的回轉(zhuǎn)能力以POD系統(tǒng)方案為佳,特別是穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑上,POD系統(tǒng)方案可將槳軸轉(zhuǎn)動60°(或更大些),那么穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑將不足1倍船長;3)船舶的偏航糾正和航向穩(wěn)定性能比較以POD系統(tǒng)方案略差,僅表現(xiàn)在初始回轉(zhuǎn)能力上,但總體上反映POD系統(tǒng)方案還是優(yōu)越的;4)船舶的停船能力是以POD系統(tǒng)方案為優(yōu)。3pod的操作POD系統(tǒng)與常規(guī)槳舵系統(tǒng)在低速時操縱性能的區(qū)分十分顯著。POD系統(tǒng)船舶配合首部側(cè)推器綜合作用下,在船舶低速(甚至零速狀態(tài))時,具有操縱自如的優(yōu)越性?？梢詫?shí)現(xiàn)常規(guī)槳、舵系統(tǒng)的船舶不能完成的操縱運(yùn)動。3.1側(cè)推器槳葉轉(zhuǎn)速隨船模速度的變化試驗(yàn)情況:右槳處于右轉(zhuǎn)80°角,左槳處于0°位置。首部側(cè)推器向右噴水,其側(cè)推器槳葉轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。如圖7所示。船模純橫移運(yùn)動距離S=2m,所用時間為25s,取得平均平移速度Vm=0.08m/s,相當(dāng)于實(shí)船橫移速度VS=0.595m/s。結(jié)果表明,橫向移動110米距離僅需3.1分鐘即可。3.2用船槳使船東南角區(qū)域一般船舶不可能做到真正原地掉頭(即回轉(zhuǎn)直徑D接近于0m),而POD系統(tǒng)船舶與首側(cè)推器配合可以實(shí)現(xiàn)“原地掉頭”的要求。試驗(yàn)情況:右槳處于80°角,低速正車,左槳處于零位,轉(zhuǎn)速為零。首側(cè)推器轉(zhuǎn)速最大,噴水方向?yàn)橄蜃笙?。首?cè)推器產(chǎn)生的推力與POD系統(tǒng)右槳推力形成一個力偶,船舶運(yùn)動可以繞重心轉(zhuǎn)動。見圖8所示。此外,進(jìn)行了掉頭的比較試驗(yàn)。一種僅用船槳使船掉頭,如圖9所示;一種為槳和首側(cè)推器并用(前已表示)。其結(jié)果見表4。3.3pod系統(tǒng)船舶操縱的運(yùn)動原理POD系統(tǒng)船的槳與首側(cè)推器配合可實(shí)現(xiàn)側(cè)斜平移運(yùn)動。其向前運(yùn)動的速度取決槳軸夾角和槳轉(zhuǎn)速大小,夾角越小,槳轉(zhuǎn)速越高,向前運(yùn)動速度越快。但不能太快,否則首側(cè)推器的功效就會消失。當(dāng)夾角最大約80～90°時,槳產(chǎn)生的橫向推力與首側(cè)推器產(chǎn)生推力相當(dāng)可使船舶純橫向移動,即3.1介紹的情況,運(yùn)動原理見圖10。F2為F3和F4之合力,當(dāng)F1=F3時在F4分力作用下,船舶以V4速度向前和V1速度向左綜合運(yùn)動,此時船將在側(cè)斜方向作平移。采用POD系統(tǒng)方式的船舶能實(shí)現(xiàn)許多常規(guī)槳、舵方式的船無法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動,在低速條件下POD系統(tǒng)船舶的操縱性能是良好的。它能操作自如,適應(yīng)船舶用自身力量達(dá)到安全靠離碼頭的效果,是其它船舶無法比擬的。4pod系統(tǒng)裝置模型POD系統(tǒng)船舶在低速條件下,操縱運(yùn)動控制受首、尾裝置的影響很大,能實(shí)現(xiàn)操縱自如的要求。首部運(yùn)動受首側(cè)推器作用的影響,尾部運(yùn)動受POD系統(tǒng)裝置作用影響,船舶前后運(yùn)動受到兩種裝置的主動作用,首部的側(cè)推器作用受航速的變化而改變,為了研究其變化規(guī)律,我們進(jìn)行了模型的試驗(yàn)研究。結(jié)果見表5和圖11。5采用pod系統(tǒng)配置首側(cè)推器的船舶采用POD系統(tǒng)船舶配置首側(cè)推器裝置,它的船舶操縱性得到很大的改善,特別是船速較低條件或進(jìn)出港的操縱性能要求甚高時,該方案的優(yōu)越性盡顯無疑。1)對于靠離碼頭頻繁的船舶,操縱性能要求較高,采用POD系統(tǒng)配置有效首側(cè)推器的船舶是較佳的方案。本船采用POD系統(tǒng)后,其操縱性能完全滿足IMO衡準(zhǔn)的要求。2)本船的特點(diǎn)是在低速條件下能完成許多常規(guī)槳、舵船無法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動。如:純橫移、原地掉頭等,可以說是操縱自如。3)配合POD系統(tǒng)裝置使