第四講船舶快速性試驗技術船舶與海洋工程試驗技術4快速性試驗(船舶性能試驗)主要內容試驗目的和意義測試儀器試驗原理及過程數(shù)據處理和分析4快速性試驗(船舶性能試驗)一試驗目的和意義(1)1.船?？焖傩栽囼災康暮蛢热?船舶快速性是指船舶在一定裝載狀態(tài)下，在某一指定主機功率時航行的快慢問題。*通常用快速性試驗檢驗船舶是否達到快速性的設計要求。快速性試驗內容通常包括阻力試驗、推進器的敞水試驗和船模的自航試驗。4快速性試驗(船舶性能試驗)阻力試驗目的確定船體阻力,研究線型和船體參數(shù)變化對船體阻力的影響,研究各種附體阻力及其對總阻力的影響,選擇優(yōu)良的線型.推進器的敞水試驗研究推進器自身的水動力特性及各種參數(shù)變化對性能的影響.自航試驗分析研究各種推進效率成分的重要手段,采用一定的方法預報實船性能,驗證是否滿足快速性要求,同時也可以判斷船機槳的匹配性.一試驗目的和意義(2)4快速性試驗(船舶性能試驗)二試驗設備和儀器水池及控制系統(tǒng)電機及調速儀壓力傳感器拉壓傳感器多分力天平自航儀(推扭傳感器)敞水箱4快速性試驗(船舶性能試驗)圖3SIEMENS6R24全數(shù)字直流調速系統(tǒng)及水池4快速性試驗(船舶性能試驗)多功能高壓直流電機及伺服驅動器壓力傳感器4快速性試驗(船舶性能試驗)拉壓傳感器及自航儀4快速性試驗(船舶性能試驗)后置式敞水箱前置式敞水箱4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)1試驗前的模型準備

a尺度確定

阻力試驗時，要求弗勞得數(shù)相等，即

,故

式中：為縮尺比；（忽略黏性）

敞水試驗時，要求進速系數(shù)相等，即

幾何相似：因此：

根據GB*/Z346-85的規(guī)定，用于自航的螺旋槳模型直徑不得小于0.12m。

三、試驗原理及試驗流程4快速性試驗(船舶性能試驗)

b激流裝置平板摩擦阻力計算公式主要是適用于湍流，激流絲的作用是使得層流邊界層盡快過渡到湍流邊界層，減少流態(tài)對模型阻力換算的影響。激流絲增加的阻力與船模首部層流降低的阻力抵消。常用的激流裝置有以下幾種：金屬絲狹條粗糙表面急流桿首柱小釘激流絲的直徑試驗報告中必須說明激流絲安裝的位置和形式4快速性試驗(船舶性能試驗)c吃水標志和安裝附件d稱重和壓載船模試驗狀態(tài)的總質量應與計算的排水量一致。試驗完畢后，船模質量要復秤，兩次秤重之差額不應大于0.5%。e安裝f破水（以設計速度破水同時測量力，以確定量程）4快速性試驗(船舶性能試驗)2

船模靜水阻力試驗2.1

船模連接分為水上水下船模阻力試驗。因船模位置不同，而連接方法不相同。4快速性試驗(船舶性能試驗)水下阻力試驗安裝圖4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)2.2船模阻力試驗中物理量的測量主要物理量是船模阻力和船模速度，對高速船舶還需要測量航行中的浮態(tài)變化。2.3試驗點安排從低速到略超過設計航速的范圍內選取若干個速度，一般少于15個。速度間隔大致均勻。最大速度值一般應大于要求速度的10%。2.4試驗精度阻力試驗測量精度可取0.2%，拖曳速度的波動值宜小于0.3%。阻力試驗結果的平均誤差小于1.5%。4快速性試驗(船舶性能試驗)3

試驗速度修正*注意到池壁影響問題。最簡便實用池壁修正方法是根據所謂的阻塞效應修正船模速度。*阻塞效應的修正：計算，并將試驗曲線修正為曲線*根據連續(xù)性定理，可得：或根據伯努利方程，有令，整理后得：若已知A、及值即可求出回流的平均速度。

4快速性試驗(船舶性能試驗)池壁修正曲線

4快速性試驗(船舶性能試驗)

池壁修正2：

ΔV/V=m1/(1-m1–Fnh2)

式中m1=Am/(b×h),

當m1小于1％時影響細微可不修正。

4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4

船模阻力試驗結果的換算方法

*二因次方法亦稱弗勞德方法，三因次方法為1978年ITTC性能委員會推薦的方法。4.1二因次法弗勞德假定：船的總阻力分為摩擦阻力和剩余阻力兩部分組成。且認為摩擦阻力僅與雷諾數(shù)有關，剩余阻力僅與弗勞德數(shù)有關；因此，有：或根據弗勞德假定，實船的剩余阻力系數(shù)和模型的剩余阻力系數(shù)是相等的。而摩擦阻力是雷諾數(shù)的函數(shù)且與物體的形狀有關。由于流線型物體表面曲率對剩余阻力的影響不甚明顯，弗勞德有假定，船的摩擦阻力與速度同長度同濕表面積的平板摩擦阻力相同.

4快速性試驗(船舶性能試驗)1957年的第八屆ITTC建議取

考慮到粗糙度對剩余阻力的影響，引入粗糙度附加值實船裸體總阻力系數(shù)為實船的總阻力和有效功率為

弗勞德提出的換算方法曾被世界各國的船模試驗池中廣泛使用，直到現(xiàn)在仍在繼續(xù)使用。用該假定進行計算的結果與實際相當接近，而要建立更完善、合理的假定有很多困難。嚴格地說，弗勞德假定既不合理，又不完善。4快速性試驗(船舶性能試驗)4.2三因次法三因次換算方法是1978年第15屆ITTC推薦的方法。將船的總阻力分為三個部分，即平板摩擦阻力、粘壓阻力和興波阻力。粘壓阻力包括摩擦阻力的形狀效應和因邊界層分離而產生的旋渦作用。兩者均因水的粘性而產生，所以應為雷諾數(shù)的函數(shù)。船的總阻力可以寫為或4快速性試驗(船舶性能試驗)式中，1+k為形狀因子，k稱形狀系數(shù)。它只與船形有關，且認為幾何相似的船的形狀因子1+K是相同的。形狀因子根據船模在弗勞德數(shù)Fr=0.1-0.2范圍內阻力試驗結果，按下式確定：A及n等數(shù)值均由最小二乘法確定，指數(shù)n的范圍為2.0～6.0。如果將摩擦阻力和粘壓阻力合并計算，并稱之為粘性阻力，可以寫為：4快速性試驗(船舶性能試驗)1978年第十五界屆ITTC性能委員會推薦的方法中，船的總阻力還需要考慮空氣阻力及粗糙度附加。有舭龍骨實船的總阻力系數(shù)為cm——船模的總阻力系數(shù)

——實船粗糙度附加，按下式計算：

cAA——空氣阻力系數(shù)，按下式計算：

N=4,PROHASKA法（普魯哈斯咔法）

4快速性試驗(船舶性能試驗)4.3誤差來源試驗本身的一些影響因素池壁影響尺度效應拖車速度（加速度、平穩(wěn)度）軌道平直消波（開過后，要等一段時間，等水平靜后再開）測量儀器本身的誤差4快速性試驗(船舶性能試驗)5

螺旋槳模型的敞水試驗1．對于某一具體的螺旋槳，通過模型試驗可以確定實際螺旋槳的水動力性能。2．通過多方案的試驗研究，可以分析螺旋槳的各種幾何要素對水動力性能的影響。3．檢驗理論設計的正確性，不斷完善理論設計的方法。4．通過對螺旋槳模型的系列試驗，可以繪制成專用圖譜，供設計螺旋槳使用?，F(xiàn)時廣泛使用的楚思德B系列圖譜和MAU系列圖譜等都是螺旋槳模型系列敞水試驗的結果。4快速性試驗(船舶性能試驗)5.1螺旋槳模型試驗的相似條件和要求幾何相似；Dm的決定；150mm/300mm螺旋槳模型有足夠的深度；試驗時雷諾數(shù)應大于臨界雷諾數(shù)。進度系數(shù)相等。螺旋槳雷諾數(shù)采用ITTC推薦表達式：臨界雷諾數(shù)一般大于3×105槳模的沉深深度：4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)PropellerModelTestAtestonamodelpropellerisruneitherinatowingtankorarunningflowinawatertunnel(cavitationtunnel)withoutamodelhullinfrontofit,whichiscalled“openwater”tests.1)VA–velo.offlow2.)n-rotationofmotor3.)po-pressurecanbecontrolledMeasure

VA,Q,T,andn.4快速性試驗(船舶性能試驗)Developmentofcavitationsofapropellerinacavitationtunnel4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)KQKTTestingresults4快速性試驗(船舶性能試驗)Purposeofopen-watertestsItisusuallytocarryoutopenwatertestsonstandardseriesofpropellers.Theirfeatures(suchas#ofblades,bladeoutlineshape,bladearearatio,bladesectionshape,bladethicknessfraction,bossdiameter&pitch-diameterratio)aresystematicallyvaried.Theresultdataaresummarizedinasetofparticulardiagrams,whichcanbeusedfordesignpurposes.Wewillstudyhowtousethesediagramslaterfordesigningapropeller.StudyingtheefficiencyofapropellerandfindapropellerwithbetterefficiencyStudyingtheextentanddevelopmentofcavitationsoverapropeller.4快速性試驗(船舶性能試驗)5.2試驗設備及試驗★主要設備是螺旋槳動力儀4快速性試驗(船舶性能試驗)試驗前準備工作儀器的標定（靜標）采用假轂測量零扭矩推力修正儀器動標4快速性試驗(船舶性能試驗)★敞水試驗通常是保持螺旋槳轉速不變，改變拖車前進速度。速度范圍應從va＝0至推力小于零的進速之間，在該范圍內測點取15個左右?！镌囼灁?shù)據的表達：進速系數(shù)：推力系數(shù)：扭矩系數(shù)：效率：4快速性試驗(船舶性能試驗)5.3尺度作用修正

因雷諾數(shù)的不同對螺旋槳性能的影響稱為尺度作用。一般說來，尺度作用對推力的影響較小。在同一進度系數(shù)時，實槳和槳模的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)及效率之間的關系(即尺度作用的影響)為，，

概括地說，對模型試驗結果的尺度修正有下列三種辦法。不修正；僅修正扭矩系數(shù)KQ；1978年ITTC推薦的修正方法：4快速性試驗(船舶性能試驗)1978年ITTC推薦的修正方法：，及由下式決定：，

式中：

4快速性試驗(船舶性能試驗)螺旋槳敞水試驗是將螺旋槳安裝在敞水箱上，浸深大于1.0倍的螺旋槳直徑，轉速滿足臨界雷諾數(shù)大于3.0×105進速系數(shù)J螺旋槳推力(kg.f)螺旋槳扭矩(kgf.cm)推力系數(shù)Kt螺旋槳扭矩系數(shù)10Kq敞水效率η0.0008.19015.5370.2680.2820.0000.1327.02313.8700.2290.2510.1910.2625.70011.9900.1850.2160.3580.3934.2319.5700.1370.1720.4990.4593.4778.4800.1130.1530.5410.5282.4176.8000.0790.1240.5380.5951.5165.4580.0500.1000.4740.6610.6324.0130.0210.0730.2990.724-0.3972.260-0.0130.041-0.3654快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)6

模型自航試驗★自航試驗則是判斷船、機、槳三者配合后的綜合性能。主要目的：1）分析和研究各種效率成分，研究槳、船兩者相互影響；2）預報實船性能；3）判斷螺旋槳、主機、船體之間的配合是否良好。4快速性試驗(船舶性能試驗)★自航試驗時，要求船模和槳模的雷諾數(shù)超過臨界雷諾數(shù)。同時也要求滿足弗勞德數(shù)和進速系數(shù)相等德條件，即

為了試驗時使各種力都成三次方關系，需要對摩擦阻力進行修正，增加一個修正值FD，人為地湊成三次方關系。該修正值稱為摩擦阻力修正值，即使螺旋槳模型與實槳的載荷一致4快速性試驗(船舶性能試驗)★試驗的準備工作①船模及螺旋槳模型與阻力和敞水試驗相同②螺旋槳及舵與船體間的相對位置都要按實船的情況幾何相似地安裝。③船模的總重量包括測量儀器及壓鐵等組成的排水量必須與實船的排水量幾何相似。④在船模內橫向和縱向移動壓鐵，調整浮態(tài)，使船模兩側的首、中、尾吃水符合要求。⑤船模與拖車的連接安裝基本與阻力試驗相同。4快速性試驗(船舶性能試驗)★自航試驗方法船模自航試驗有純粹自航和強迫自航兩種方法。純粹自航法又稱大陸法。該方法是事先在船模上扣除船模速度時的摩擦阻力修正值，當船模以速度運動時，調節(jié)螺旋槳轉速，使其發(fā)出的推力滿足下列條件：強迫自航法又稱英國法。該方法是在某一船模速度下，在船模運動方向上施加一系列的強制力Z，其中應包括Fd在內，船模在強制力和推力的共同作用下達到力的平衡，即：對某一選定的自航速度，一般取5個不同的強制力，為使試驗點分布較為均勻合理，一般取Z1＝0，相當于船模自航點。Z3＝Fd，相當于實船自航點.4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)★自航試驗過程.安裝調試等準備工作；校正零點，采集零負載推力扭矩；在某一航速下計算摩擦阻力修正值FD，在FD附近（從0到2FD）取5個值，得到某一個航速不同的轉速對應的推力和扭矩；航速一般不少于四個，其中第三個速度一般為設計航速，強制力大約從0~2FD，摩擦阻力修正值按照下式粗略估算經常遇到的問題：行車速度不穩(wěn)定電機轉速不穩(wěn)定導致讀數(shù)的不穩(wěn)定自航阻力和阻力試驗阻力值不同4快速性試驗(船舶性能試驗)4快速性試驗(船舶性能試驗)自航試驗結果分析原始數(shù)據阻力試驗結果（阻力和有效馬力）螺旋槳敞水（敞水效率）自航試驗結果4快速性試驗(船舶性能試驗)★模型推進效率成分分析由于計算造成的誤差應小于0.0014快速性試驗(船舶性能試驗)★實船性能預報

根據船模阻力、自航等試驗結果推算出實船航速、螺旋槳轉速及主機功率之間的關系目前正在使用的方法有三種即：（1+x),K2法、方法以及1978年ITTC推薦的單槳實船性能預報方法。（1+x),K2法1959年英國皇家物理實驗室等單位提出,認為船模和實船的伴流分數(shù)及推力減額分數(shù)及推進效率成分是相等的。實船螺旋槳收到功率：實船螺旋槳轉速： （1+x)為阻力相關因子，

K2為照顧伴流尺度作用相對轉速修正的