拘束模試驗是用機械的拘束，強迫船模作規定的運動。試驗時，在基準運動上迭加一個或兩個擾動運動，定量地改變其擾動量，測定其作用於船模上的水動力，從而求得各水動力係數。
用拘束船模試驗確定水動力係數的方法主要有：斜航試驗（又稱直線拖曳試驗），迴轉臂試驗和平面運動機構試驗。
基本介紹
- 中文名：拘束模試驗
- 外文名：constraint mode test
- 內容：用機械約束強迫船模作規定的運動
- 目的：精確確定水動力係數
- 範疇：艦艇操縱
- 類型：船舶術語
簡介,斜航試驗,迴轉臂試驗,平面運動機構試驗,
簡介
要比較精確地確定水動力係數，需進行拘束船模試驗。拘束模試驗是用機械的拘束，強迫船模作規定的運動。試驗時，在基準運動上迭加一個或兩個擾動運動，定量地改變其擾動量，測定其作用於船模上的水動力，從而求得各水動力係數。
拘束船模試驗所用的船模也應滿足幾何相似。由於這裡已規定了船的運動參數，故不必滿足質量、重心位置和轉動慣量相似。但同樣存在不能全部滿足全部動力相似所引起的尺度效應。因這裡最後求得的是水動力係數，而不是水動力本身，實踐證明。水動力係數的尺度效應要比自航模試驗小得多。通常認為由拘束船模試驗求得的無因次水動力係數，可直接用於實船預報。用拘束船模試驗求取整體式模型水動力係數時，船模應帶全附體，且螺旋槳要處於實船自航點。
用拘束船模試驗確定水動力係數的方法主要有：斜航試驗(ORT)（又稱直線拖曳試驗）；迴轉臂試驗(RAT)；平面運動機構試驗(PMM)。
斜航試驗
斜航試驗在普通長條形水池中進行，用來確定漂角β和舵角δ的位置導數和耦合水動力係數。試驗時將船模斜置於拖車上，縱中剖面與水池中心線成一夾角β，拖車以V速直線前進（見圖1(a)），當漂角為小量時有：
這時相當於在船模以速度u沿ox軸作勻速直線運動上迭加一側向擾動速度r而其它擾動均為零（v=r=...=δ=0）。系統地改變漂角，一般作β=-12°、-9°、-6°、-3°、0、3°、6°、9°、12°角度的系列斜航試驗，用機械式或電測式多分力天秤測量船模所受到的側向力Y和轉首力矩N，其曲線如圖1(b)所示。曲線在零點的切線斜率即是船模的速度導數Yv、Nv。
圖1 斜航試驗的模型安裝位置和測量結果斜航試驗方便易行，其不足是只能測量有限的幾個水動力係數，不能測量角速度係數和加速度係數。
迴轉臂試驗
迴轉臂試驗在圓形的旋臂水池中進行。水池有一橫臂，一端置於池壁的軌道上，
可繞水池中心以不同的角速度r旋轉（見圖2）。船模縱中剖面垂直於迴轉臂，安裝成與迴轉臂成各種角度，被拖曳沿水平面勻速迴轉，用測力天秤測出船模給予天秤與船模聯接點的拘束力，從而求得船模上的流體動力和力矩，將試驗結果繪製成Y(r)、N(r)曲線，曲線在零點的斜率即是角速度力或力矩導數（見圖3b），即旋轉導數。
圖2 迴轉臂水池迴轉臂試驗時要求啟動、加速、穩速和測量均應在一圈內完成，以避免船模進入自身伴流中運動，並待水面波平靜後，再作第二次試驗。
由上可見，試驗中要滿足傅汝德數相似及雷諾數高於臨界值，則模型的尺度和速度都不能太小。而旋轉導數是指r=0處的值，所以試驗應儘可能達到較低的r值。由於u=rR，為使u有足夠大，勢必要求迴轉臂水池的半徑R儘可能大。所以迴轉臂水池是一種規模大、造價較高、技術較複雜的試驗設備。它主要用於測量角速度係數和角速度耦合係數。
圖3 迴轉臂試驗模型安裝及實驗結果平面運動機構試驗
斜航試驗與迴轉臂試驗只能分別測定速度係數及舵角係數與角速度係數，這些試驗無法測定預報操縱性所必須的大量水動力係數。1957年古德曼（A.Goodman）和格特勒首先設計了平面運動機構（簡稱PMM），把其安裝在普通的長條形水池的拖車上，測量計算艦艇操縱性所需的各種速度係數、角速度係數、加速度係數和耦合係數。
PMM有垂直面的和水平面的，按其振盪的振幅可分為小振幅平面運動機構和大振幅平面運動機構。由於PMM能測得大量水動力係數，而且對於研究近水面運動時的水動力、模擬側壁、海底的影響也比較方便。PMM首先用於潛艇模型的試驗，後來推廣到水面艦船的模型試驗，都獲得很大成功，已成為一種常規的試驗方法。
