船模阻力試驗

船模阻力試驗是用與實船幾何相似的船模，在船模試驗池內進行的。在船模試驗池中可以測定出各種速度下船模的阻力，從而得出船模的阻力與速度之間的關係曲線，根據一系列這樣的曲線就可分析比較船型的優劣。船舶各個阻力成分，除摩擦阻力可藉助於相當平板摩擦阻力公式算出以外，其它如粘性壓差阻力、興波阻力等，事實上都是由船模阻力試驗來加以確定，即使求解阻力的近似公式也是以船模阻力試驗為依據。

基本介紹

• 中文名：船模阻力試驗
• 外文名：ship model resistance test
• 實質：用幾何船模進行的模擬實驗
• 作用：分析比較船型的優劣
• 套用：測定出各種速度下船模的阻力
• 相關測量：粘性壓差阻力、興波阻力等

船模阻力試驗簡介

船模阻力試驗是用與實船幾何相似而尺度縮小的船模，在滿足傅汝德數相等的條件下，於水池中進行拖曳試驗，以確定其阻力和速度的關係，並進一步把試驗結果換算至實船。

船模試驗池為一狹長的水池，其尺度視船模的大小和速度而定，配備有拖動設備和各種測量儀器以測定船模在不同速度下的阻力值。試驗池中的水一般均用淡水，以避免海水的腐蝕作用。根據拖曳方式，分有拖車式水池和重力式水池二種。拖車式水池是船模由裝在池邊二根軌道上的拖車拖曳，如圖1所示為拖車式船模試驗池構造示意，各種測量和記錄儀器均裝在拖車上，試驗時，是已知速度，求其阻力。拖車式水池可以採用較大的船模，從而可減少尺度效應的影響，所謂尺度效應就是由於模型尺度不同而得到不同試驗結果，也就是由於尺度上的差異形成不同效應的現象。重力式水池是靠重量下落來拖動船模，重量就是船模的阻力，同時記錄船模被拖動一定距離所需的時間，就可測得相應速度，也就是已知阻力求其速度。重力式水池的特點是水池小，設備簡單，建造成本低；其缺點是船模尺度小，尺度效應較大。

圖1 拖車式船模試驗池構造示意圖

船模有木模和蠟模兩種，前者輕而堅固，不易變形，但加工費時，成本較高；後者易加工，便於改型，但不宜久藏。

系統船模阻力試驗

系統地改變某些船型參數的成套船模阻力試驗。對船型的各種參數作一系列系統的改變，試驗其在不同速度時的阻力，將試驗結果用圖譜形式發表，供船舶設計學使用。最著名的系列冉幾模阻力試驗有早期的泰洛標準船模系列和後來的陶德系列57和系列60等。國內外也有許多造船工作者進行系列船模阻力試驗研究，並以圖譜或回歸公式發表。系列船模試驗的內容很多，如系列變化排水量長度係數，該係數是表示船體肥瘦，長短的重要參數；系列變化棱形係數、方形係數、中橫剖面係數等。對一定排水量和長度的船，棱形係數大者表示排水量平均分布於船的全長而兩端較鈍，小者則表示排水量集中於船的中部。若排水量、長度和棱形係數已定，改變其寬度並相應改變吃水，可得到不同的寬度吃水比對阻力的影響。也可改變平行船體、最大橫剖面位置和橫剖面面積曲線兩端的形式，或改變船首和船尾形式等，進行系列試驗。

船模試驗水池

船模阻力試驗主要是研究船模和流體作相對的等速直線運動時所作用的力。從原理上來說可以有兩種方法：一種是船模不動流體在它周圍流過，另一種是船模運動而流體不動。前者如循環水槽．後者即拖曳水池。對船模阻力試驗而言，目前最常用的是拖曳水池。

拖曳水池狹長，船模或推進器模型通過拖曳裝置在水池中作等速直線運動，測量各拖曳速度時的船模阻力、推進器推力、轉矩和轉速。水池一端裝有造波機，可造各種波長和波高的長峰規則波或不規則波，以測量船模在波浪中的阻力增值及各項運動參數。拖曳水池按其試驗

要求可分以下幾種：

1．深水池

深水池是最普通和常用的拖曳水池，除可做船模阻力試驗、推進器模型敞水試驗和船模自航試驗外，還可做伴流試驗、流線試驗及船模在長峰規則波或不規則波中迎浪和隨浪的耐波性試驗等。

2．淺水池

水池較淺(約1m左右)，並可根據需要調節水深，以便進行不同淺水效應下的船模快速性試驗。

3．高速水池

其特點是池寬較小，拖曳車重量輕、速度高。專供高速艇(如滑行艇、氣墊船、水翼艇等)模型試驗用。

4．減壓(真空)水池

它是一種密封的拖曳水池，通過抽氣裝置，可降低池水表面的空氣壓力，使船模試驗時除滿足比例參數與實船相等外，還可使兩者的空泡數相等，適用於發生空泡條件下的模型試驗。

試驗狀態及過程

試驗狀態

阻力試驗狀態一般有以下3種狀態：

a．裸體船模阻力試驗——船模上不裝附體，其目的是確定船型本身的阻力。

b．帶附體的船模阻力試驗——船模上裝有附體，其目的在於確定裝附體後阻力的增值。

c．自航試驗前的阻力試驗——船模上裝有附體(不包括推進器尾流中的舵)，其目的在於確定供自航試驗分析用的阻力值。

試驗過程

池水應保持清潔，第一次拖曳前應進行破水。為避免殘留水速的影響，兩次拖曳之間應有一定的時間間隔。試驗時，船模的中縱剖面應與前進方向保持一致，為防止偏航麗在船模首、尾安裝的導航裝置不應妨礙船模的縱向和垂向運動。拖力的作用線應位於中縱剖面內並保持水平，拖點的高度位置應在水線面附近。每次阻力試驗的試驗點應不少於15個，且要均勻地分布。採用強迫自航方法時，應至少要有4組試驗速度(實船試航速度應在其範圍內)，各組的速度間隔也應較為均勻。