大工16秋《船模性能实验》实验报告及要求答案可直接上传.docx

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《船模性能实验》实验报告

学习中心：

层次：

专升本

专业：

船舶与海洋工程

学号：

学生：

完成日期：

实验报告一

一、实验名称：

船模阻力实验

二、实验目的：

主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。

其具体目标包括：

（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。

（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。

（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。

（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。

此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。

（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门的实验。

（6）附体阻力实验;目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。

（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。

（8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。

三、实验原理：

1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。

（1）船模与实船保持几何相似。

（2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。

（3）船模与实船傅汝德数相等。

2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。

激流丝是为了使其在金属丝以后的边界层中产生紊流；称重工作是为了准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。

3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？

1）安装激流丝：

用

mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。

2）称重工作：

准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。

3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？

常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。

二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法。

4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。

傅汝德假定：

假定船体的总阻力可以分为独立的两部分，一为摩擦阻力

，只与雷诺数有关，另一个为粘压阻力

和兴波阻力

合并后的剩余阻力

，只与傅汝德数有关，且适用比较定律。

假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。

因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩擦阻力，通常称为相当平板摩擦。

傅汝德换算关系：

四、实验内容：

（一）填写实验主要设备表

名称

说明

拖曳水池

水池狭而长，配置有拖动设备和测量仪器，以测得船模在不同速度下的阻力值。

实验池的水采用淡水，船池尺度决定了船模大小和速度。

大连理工大学船模试验水池长160m，宽7m，水深3.7m。

拖车速度0~8m/s,速度精度±1mm/s。

配有摇板式规则波造波机。

拖车

拖车是在沿水池两旁轨道上行驶的。

拖车的用途是拖曳实验船模，并使船模保持一定的方向和一定的速度运动。

其次在拖车上要安装测量和记录仪器。

拖车的主要技术指标是速度范围和速度精度。

水面电测阻力仪

水面电测阻力仪简称电测阻力仪，是用在水池实验中测量船模阻力。

阻力仪通常是应变式的传感器。

阻力仪要求性能稳定，灵敏度高，具有良好的线性和重复性。

根据实验要求选择相应的量程，可提高测量精度。

（二）实验步骤：

（一）船模阻力实验准备

（1）船模制作：

船模缩尺比依据水池的长度和航速决定的，船模线型要与实船保持几何相似，表面必须光洁，满足一定的加工精度。

船模使用的材料通常是木模，木模不易变形，蜡模成本低。

（2）安装激流丝：

用

mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。

（3）画水线：

按首尾吃水、平均吃水画水线。

（4）称重工作：

准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。

（5）调整压载的位置：

使船模没有横倾，首尾吃水满足规定要求。

（6）安装导航装置：

使船模纵中剖面与前进方向一致，纵向和垂向运动不受匀速。

（7）拖点（浮心位置）

（8）最后将船模安装在拖车上。

（二）船模阻力实验数据测量

（1）船模速度测量：

（a）根据实船设计航速，确定最高航速，通常比设计航速高2节。

（b）根据实船长度、速度范围和模型尺度按

数相等的原则，确定船模实验速度范围。

（c）在不同航速下进行拖曳实验。

待拖车速度达到稳定匀速时即可进行速度和阻力记录。

拖车速度就是船模速度，速度是用数字编码器（光栅盘）测量的。

（2）船模阻力测量：

（a）阻力测量与速度记录同时进行。

船模阻力由专门的阻力仪测量。

阻力仪有机械式和电测式两类。

（b）电测阻力仪输出电压信号，所以使用前要进行标定，确定标定系数。

阻力值=测得的电压值*标定系数。

测量前要调零。

五、问题与思考：

1．船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？

答：

常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。

二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法。

这两种方法的区别在于对粘性阻力的处理原则不同。

2．实船摩擦阻力计算中，粗糙度补贴系数是根据什么选取的？

答：

实船船体表面比较粗糙，故实船摩擦阻力为其中为粗糙度补贴系数，按不同船长选取。

实验报告二

一、实验名称：

螺旋桨敞水实验

二、实验目的：

测定单独螺旋桨工作时的特性，通常包括桨的推力系数、扭矩系数和敞水效率。

三、实验原理：

1．什么叫螺旋桨敞水实验？

螺旋桨敞水实验可以在哪里进行？

答：

螺旋桨模型单独地在均匀水流中的实验称为敞水实验，实验可以在船模实验池、循环水槽或空泡水筒中进行。

2．简述螺旋桨模型敞水实验必须满足的条件。

测定单独螺旋桨工作时的特性，通常包括桨的推力系数、扭矩系数和敞水效率。

3．写出螺旋桨进速系数的公式，及公式中各符号代表的含义。

螺旋桨进速系数

其中：

J为螺旋桨的进速系数；

为螺旋桨的推力系数；

为螺旋桨的扭矩系数；

为螺旋桨的敞水效率；

为螺旋桨发出的净推力（N）；

为螺旋桨吸收的净扭矩（N·m）；

为螺旋桨的前进速度（m/s）；n为螺旋桨的转速（r/s）；D为螺旋桨直径（m）；

为池水密度（kg/

）

4．简述螺旋桨敞水性征曲线的概念及其意义。

答：

推力系数

，转矩系数

及敞水系数

对进速系数J的曲线称为螺旋桨的性征曲线。

我们讨论的是孤立螺旋桨的性能，所以称为螺旋桨敞水性征曲线。

它表示了螺旋桨在任意工作情况下的全面性能。

四、实验内容：

（一）填写实验主要设备表

名称

说明（可填写设备大小、用途等内容）

敞水动力仪（H29-1）

测量安装在轴上的桨模的转速、推力和扭矩

拖曳水池

长160m，宽7m，水深3.7m。

拖车

拖曳实验船模

（二）实验步骤：

（一）敞水实验准备

（1）桨模制作：

敞水桨模直径为0.2-0.3m，通常用巴氏合金、铜合金、不锈钢或铝等合金。

桨模精度在0.05mm;

（2）将敞水动力仪固定在水池拖车上，预先应进行校验和标定；

（3）将桨模安装在敞水动力仪上，叶背向前，浸没深度大于桨径。

（二）敞水实验程序

（1）零航速敞水实验，按预定转速开动敞水动力仪，测

，

（2）按预定转速开动敞水动力仪，同时开动拖车，使螺旋桨进速系数达到预定值。

（3）当拖车速度稳定时，记录拖车速度

，桨转速n，推力

，扭矩

，完成一进速的实验。

（4）系列变化拖车速度，完成全部实验内容，注意各次之间应有足够的等水时间。

（5）用尺寸、重量相近的假毂代替桨模，重复上述实验，测得敞水动力仪自身的推力

，扭矩

，用以进行修正。

五、实验数据处理：

螺旋桨敞水试验中，测得推力T=62.2N，扭矩Q=24.4N·m，水的密度

=1.0

kg/

，螺旋桨的转速n=14r/s,螺旋桨直径D=0.202m，拖车速度

=2.08m/s。

试求出推力系数、扭矩系数、敞水效率、进速系数。

推力系数KT=1.91；扭矩系数KQ=3.7；进速系数Jp=0.74；敞水效率η0=0.06

实验报告三

一、实验名称：

船模摇荡实验

二、实验目的：

①确定待设计或已建造船舶的耐波性,判断是否满足使用要求。

②寻找，评价减摇措施，或者优良船型。

③测定水动力系数，供理论计算及机理研究。

④测定其载荷加速度，供结构和强度使用，砰击还与振动有关，某些设备（如电子侦查设备，水面发射武器等）要求。

三、实验原理：

1．简述耐波性主要研究的内容，并描述什么样的船耐波性比较好？

答：

船舶摇荡运动主要研究由波浪干扰引起的船舶往复运动，其中横摇、纵摇和垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。

2．简述船舶摇荡实验的相似准则。

答：

模型实验相似准则：

与快速性类似，要求符合船模与实船保持几何相似、运动相似和动力相似。

而动力相似应包括：

雷诺数超过临界雷诺数；傅汝德数相等；斯特鲁哈尔数相等

3．简述船舶的十二种运动形式的名称，并指出哪些属于往复运动。

答：

船舶的十二种运动形式包括：

横倾、纵倾、回转、横摇、纵摇、首摇、前进或后退、横漂、上浮或下沉、纵荡、横荡、垂荡。

其中属于往复运动的有，横摇、纵摇、首摇、纵荡、横荡、垂荡。

4．对造波机造的波浪的要求都有哪些？

答：

波浪频率应当覆盖船模的谐摇频率，越宽越好。

在规则波上实验波长范围0.5

-2.0

左右，波高2h与船长之比应少于1/50，波高2h与波长之比应少于或等于1/20。

四、实验内容：

（一）填写实验主要设备表

名称

说明（可填写设备大小、用途等内容）

实验水池

长160m，宽7m，水深3.7m。

造波机

制造波浪

造风机

制造风

消波器

吸收到达水池边缘的波浪，防止反射回去。

适航仪

记录横摇、纵摇、摇首、垂荡、纵荡和横荡6种耦合运动

陀螺仪

测量航向角、横倾角、纵倾角

浪高仪

测量水池中波浪

（二）实验步骤：

1．摇荡实验程序

（1）船模准备：

除满足几何相似外，船模本体应当较轻，易于调整惯量；

（2）调整重心高度，调整纵向惯性矩，在水中测横向摇摆周期。

（3）船模上安装陀螺、加速度计等仪器均应固定在适当位置。

船模两端在重心高度位置系上两根细绳；

（4）造波机准备：

调整造波参数使之满足本次实验要求；

浪高仪准备：

安装并校准浪高仪，确定标定系数；

（5）零速横摇实验时用船模两端细绳将模型固定在水池适当位置，注意模型必须在浪高仪后方；纵向运动实验时将模型连接在拖车下，注意导向装置对船模在纵向运动不会形成约束；

（6）启动造波机制造波浪，当船模摇荡进入稳定状态时记录数据。

五、问题与思考：

1．船模惯性矩计算中，纵向惯性半径和横向惯性半径怎么选取？

答：

0.25

作为船舶的纵向惯性半径，0.35

作为船舶的横向惯性半径。

2．为什么要进行船模惯性调整？

模型惯性调整是耐波性实验的重要环节。

即按照模型实验相似性原则，将模型的重心位置、纵横向惯性矩调整到设计要求。

实验报告四

一、实验名称：

船模自航实验

二、实验目的：

船舶快速性主要与主机、船体和推进器的独自性能以及它们的配合是否得当有关。

阻力和螺旋桨敞水实验用来获得