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
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