中国石油大学船舶摇摆实验

中国石油大学船舶原理实验报告

实验日期：成绩：

班级：学号：姓名：教师：

同组者：

具体实验内容：格式样板如下，字体均用宋体。（填空，每空1分，共25分）

船舶摇摆实验

1、实验目的（10）

1、测量模型船的固有横摇周期、计算无因次阻尼系数。

2、通过实验了解船舶重心对横摇周期的影响。

2、实验原理（15）

1.船舶的摇荡主要有下列六种形式：横摇、纵摇、艏摇、垂荡、横荡、

纵荡。

其中，横摇、纵摇和垂荡对船舶航行的影响最大，而横摇有最易发生，摇荡幅值也最大，严重影响船舶安全。

船舶横摇状态

2.横摇周期：即“横摇固有周期”。是船舶横摇运动的重要标志，它对船舶耐波性能具有很大影响。船舶易遭横摇的程度和横摇的急剧程度都与横摇固有周期有关。船的固有周期愈大，则它在波浪上的横摇愈平稳，并且通常它易遭横摇的程度也愈小。静水中通过对船舶施加倾斜力矩，使船舶产生初始横倾角θ后，去除该倾斜力矩，船舶即进入自由横摇状态。静水中船舶自由横摇的衰减曲线是按

指数规律随时间而衰减的，相邻的两个横摇峰值或谷值之间的时间间隔极为横摇的固有周期Ts。

3.横摇衰减时历曲线、横摇消灭曲线和无因次阻尼系数

船舶自由横摇衰减曲线

将相邻的两个摇幅依次相减，求出每次摆动中的衰减角

将一次摆动的幅值平均，得到代表这次摆动幅度大小的平均摇幅

以为横坐标，为纵坐标绘制曲线，即为横摇消灭曲线。

在半个周期时间间隔内，横摇幅值绝对值的变化为：

由以上关系可得无因次衰减系数的表达式为：

根据船舶在静水中的自由横摇衰减实验测得得到的衰减曲线，便可分析得到横摇的固有周期和无因次阻尼系数。自由横摇理论同样适用于其他形式的单自由度震荡运动。

3、实验步骤（10）

（1）确认所有实验设备处于正确的初始状态，包括：船舶（模）的摇摆运动不会受到干扰，倾角测量装置已上电并运行正常；

（2）运行倾角测量软件；

（3）给船舶施加倾斜力矩使其倾斜；

（4）点击倾角测量软件界面上的“开始”按钮，此时开始测量倾角数据并显示在界面上；

（5）去除倾斜力矩使船舶进入自由横摇状态；

（6）等待一定时间后，点击倾角测量软件界面上的“暂停”按钮，停止测量倾角数据；

（7）将记录下来的倾角数据保存在指定的文件中；

（8）依次按第2、3、4三种状态摆放铁块位置，重复步骤（2）~（7）；

（9）点击倾角测量软件界面上的“退出”按钮，关闭该软件，结束实验。

砝码摆放位置如下图所示：

4、实验数据及其处理（40）

根据测得的倾角数据绘制倾角随时间的变化曲线、船舶横摇消灭曲线，求实验船舶的横摇周期、无因次阻尼系数，并写出算例。（所测数据中每两个相邻数据之间的时间间隔是100ms，即数据是按10个/秒的频率测量和记录的。）（1）第一组实验数据：

画出曲线图如下：

读出9组相邻两个横摇峰值或谷值之间的时间间隔如下表：

取平均值的横摇固有周期Ts=0.633s

无因次衰减系数计算：

(2)第二组实验数据：

同理Ts=0.74s

（3）第三组实验数据：

同理Ts=0.98s

（4）第四组实验数据：

同理Ts=1.175s

由于有效数据太少，无法画出消灭曲线。

5、思考题（20）

（1）根据实验结果，指出实验中对船舶横摇周期影响的因素及其程度（并提供相应的理论支撑）。

答：根据实验结果，船舶横摇周期与重心高度有关，并且随着重心高度的增加，

根据理论公式：，当重心上升时，增大，而基本不变，船舶摇摆周期相应的增大。

（2）船舶的初稳性与哪些因素有关？

答：船舶的初稳性与船舶重心高度、船上自由液面、悬挂质量等因素有关。

（3）简述减摇装置的种类及优缺点。

答：目前常用的船舶减摇装置有：舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱、减摇舵。

舭龙骨：舭龙骨的显著优点是没有运动部件，且除了通常所做的清除船体表面的维护外无需其他维护，并且建造成本低、对航速影响小。缺点是会

使船舶阻力略有增加。

减摇鳍：优点是鳍的升力系数较大，静水航行时鳍收进船舱，不产生附加阻力。

缺点是多了一个收放机构，故需占用一定的船内空间。

减摇水舱：优点是船舶在任何航速下依然有较好的减摇效果，也就是说减摇效果与航速无关，另外还有自动化、免维修、操作简单、成本低及可靠性

高的优点。缺点是减摇效果不如减摇鳍的效果好，且减摇水舱需占用

船内空间，故只适用于有较大空间的船舶。

减摇舵：优点是与减摇鳍相比造价低、所占船内空间少、使用维修方便。缺点是需要高速操纵器，低速船时效果较差。

6、总结（就实验过程的某些现象进行分析总结或建议）（5）

池壁效应影响结果的测定，因为水池不够大，水波相互干涉以及水面波动影响船舶的横摇，建议使用面积更大的水池。