自航实验方案
船舶实验
船舶与海洋工程实验技术实验报告班级：姓名：学号：指导老师：华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2016年6月1日螺旋桨敞水试验一、实验目的(1)对于某一具体的螺旋桨，通过模型试验可以确定实际螺旋桨的水动力性能。
(2)通过多方案的试验研究，可以分析螺旋桨的各种几何要素对水动力性能的影响。
(3)检验理论设计的正确性，不断完善理论设计的方法。
(4)通过对螺旋桨模型的系列试验，可以绘制成专用图谱，供设计螺旋桨使用。
现时广泛使用的楚思德B 系列图谱和MAU 系列图谱等都是螺旋桨模型系列敞水试验的结果。
二、实验原理满足以下条件：几何相似； 螺旋桨模型有足够的深度； 试验时雷诺数应大于临界雷诺数。
进度系数相等。
22412252(,)(,)A A V nD T n D f nD V nD Q n D f nD ρνρν==螺旋桨雷诺数采用ITTC 推荐表达式：νπ2275.0)75.0(Re nD v c a +=临界雷诺数一般大于3×105为消除自由液面影响，桨模的沉深深度：m s D h )0.1-625.0(≥三、实验设备主要设备是螺旋桨动力仪 。
四、实验内容敞水试验通常是保持螺旋桨转速不变，改变拖车前进速度。
速度范围应从Va ＝0至推力小于零的进速之间，在该范围内测点取15个左右。
1、敞水箱安装敞水箱为流线型，螺旋桨的轴从敞水箱的前端伸出箱外，外伸长度必须使桨模位于箱前的距离大于螺旋桨直径的3倍，以避免箱体的影响。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
2、仪器安装及操作进入数据采集界面，如图所示。
在拖车开动之前，要对采集系统进行调零。
即在水池水面平稳状态下，点击系统设定里面的“调零保存”，使该通道的工程值基本在0附近飘动。
在拖车开动之前，我们要给螺旋桨一定的转速。
具体转速的确定，要根据具体情况确定。
由进速系数公式 可知，螺旋桨直径D已定，如果螺旋桨转速n太低，我们需要提高进速V，才能是J达到足够到。
2-4自由自航船舶操纵性试验
尾部多有利于提高航向稳定性 ；
③舵面积比：
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
2、船舶的吃水状态
①吃水：吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋
回初径和横矩有某种程度的降低；
②纵倾：首倾每增加 1% L ，回转初径 D T 可减小 10% 左右；尾倾每增加 1% L ，回转初径 D T 则增加10% 左右；
2-4 自由自航船舶操纵性试验
船舶操纵性试验
目的----求取船舶操纵性衡准及各运动要素，从 而评价操纵性优劣。 所测数据
实船
回转试验
自航模
螺旋与逆螺旋试验
Z 型操舵试验
船模
约束模
第九章
代表各项 流体动力 综合影响
直线拖曳试验
位置导数
悬臂试验
ห้องสมุดไป่ตู้回转导数
加速度导数
平面运动机构试验
在约束模试验中，通过各专门装置强迫船模进行精确控制下 的运动，每次可变换一个参数，令其他参数为零，可分别求得 此单一参数下的流体动力（力矩）导数
T
d dt K ( r ) dt dt dt
2
6
4
Z形操舵试验
[t2，te] [0，te] T K [t4，t’e] [0 ， t ’ e] 6个积分区间 [t6， [0， t’’e] t’’e] 对记录曲线进行分析（整个计算过程针对6个特征点）
空船与满载时的回转圈大小相差不多
③横倾：总的来说，横倾对回转圈影响不大。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
3、操船方面的影响 ①舵角：一般操15 °舵角与满舵相比，DT将增加到 130%~170%，而掉头时间则可能增加到140%左右； ②操舵时间：自一舷35°转至另一舷30°应不超过 15s; ③船速：船速越快，回转时间大大缩短，而DT影响 小。
第六章船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进
第六章 船模自航试验及实船性能预估为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。
船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。
对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。
② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。
此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。
§ 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。
因此，mm ss g g L V L V =上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。
在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，mm Am s s As D n VD n V = 在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有：λD DL L ==ms m s 则满足傅氏数相等时有： λV V /s m = (6-1)满足进速系数相等时有：λn V n V mAms As = 由于 ()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故()()λn Vωn Vωmmmsss11-=-或 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=s ms m 11ωω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得：λn n s m = (6-2)(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===5.3ms Dm Ds 4ms m s 3ms ms λρρP P λρρQ Q λρρT T (6-3)(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。
船模自航试验
强迫自航法
自由自航法
图1 此种方法在欧洲大陆、美国和日本应用最广，故俗称大陆法。在进行自航试验时，按船模及其实船傅 氏数相等的条件选定若干个船模试验速度，对每一选定的速度预先决定其摩擦阻力修正值。各种测量仪器的布置 如图1所示，阻力仪上钢丝经导轮连接于船模上A点处。在进行试验时，阻力仪砝码杆上所挂之砝码重量相应于摩 擦阻力的修正值。然后开动拖车，并借制动装置迫使船模与拖车一起进行加速，在加速过程中调整螺旋桨的转速。 待拖车达到所需之船模速度时，将制动装置松开，使船模的运动不受拖车影响，并进一步调整螺旋桨的转速，使 拖车速度和船模速度相同，这时船模处于稳定的自航状态，即开始记录该状态下拖车的速度（即船模速度）、螺 旋桨的推力、转矩及转速。
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简介
简介
船舶设计过程中为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作 用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。通过自航试验可以得知船 舶的如下内容：1）估算实船的航行性能，即主机马力、转速和船速之间的关系；2）分析推进效率的各种成分， 为设计合理的推进器提供资料；3）比较船型快速性能的优劣。
在科学研究中，有时需对一系列的模型进行自航试验，以便全面地分析螺旋桨与船体问的相互作用问题。在 这种情况下，并无对应的实船存在，故常修正到一航船模在螺旋桨推力和拖车上的强制力作用下运动，亦即借调整强制力以保持船模和拖车的 速度相一致。当桨模推进船模之速度大于拖车的速度时，则拖车将对船模施以附加阻力延缓其运动速度（此时阻 力仪摆轮上的钢丝应经过导轮系于船模上的B点，如图1所示），反之，当船模的速度小于拖车的速度时，则拖车 将对船模施以拉力增加其运动速度（此时阻力仪摆轮上的钢丝应经过导轮系于船模上的A点，点A与点B的位置应 在桨模轴线附近）。显然，在拖车对自航船模不起作用时（桨模本身推进船模之速度恰为拖车的速度，强制力为 零时），就相当于自由自航状态。
04自由自航船舶操纵性试验
回舵试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
通常将回舵试验结果绘成如图4-7 所示的试验曲线。 对于具有直线运动稳定性的船舶， 最终的回转角速度均趋于零，即在 零舵角下，船舶将恢复为直线航行。 这正是船舶具有直线运动稳定性的 一种特征。 对于不具有直线稳定性的船舶，最 终将以某角速度值作定常回转，表 示即使舵角为零，船舶仍将作回转 运动，这正是船舶不具有直线运动 稳定性的特征。 图4-7(a)中的ab之间距离相当于螺 线试验中迟滞环线的环高，可表征 不稳定程度。
船海系：邱磊
逆螺线试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
逆螺线试验与螺线试验相反，它是 事先规定一系列回转角速度r0值， 而通过自动驾驶仪或人工操舵的方 法使船舶保持各角速度值定常回转。 由于它是固定r0而改变δ，与螺线试 验固定δ而r则任其发展变化到r0的 操纵方式相逆，所以试验时间大大 缩短。实际试验仅需30min。 此外，在小舵角回转时，船舶易受 风，浪等外来扰动影响，使试验结 果不可靠，逆螺线试验由于采用主 动操舵而保持r0定值，抗外界干扰 能力增强了，故此法被提出后，受 到操纵性研究者的广泛支持。
L0 LA LB
在图上任取一点O，作直线Ox0， 并取其为船舶初始航线。按一 定的比例尺，以O为圆心，L0为 半径作圆。各时刻tj 船舶重心 点位置作图如下:
光学跟踪的绕标方法结果精确，但 需在试验水域设置浮标，不方便。
图4-2(b)
船海系：邱磊
光学跟踪的绕标方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
船舶操纵性与耐波性
第四章自由自航船舶操纵性试验 邱磊 qiu-lei01@
PMM平面运动机构试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
船舶实验
船舶与海洋工程实验技术实验报告班级：姓名：学号：指导老师：华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2016年6月1日螺旋桨敞水试验一、实验目的(1)对于某一具体的螺旋桨，通过模型试验可以确定实际螺旋桨的水动力性能。
(2)通过多方案的试验研究，可以分析螺旋桨的各种几何要素对水动力性能的影响。
(3)检验理论设计的正确性，不断完善理论设计的方法。
(4)通过对螺旋桨模型的系列试验，可以绘制成专用图谱，供设计螺旋桨使用。
现时广泛使用的楚思德B 系列图谱和MAU 系列图谱等都是螺旋桨模型系列敞水试验的结果。
二、实验原理满足以下条件：几何相似； 螺旋桨模型有足够的深度； 试验时雷诺数应大于临界雷诺数。
进度系数相等。
22412252(,)(,)A A V nD T n D f nD V nD Q n D f nD ρνρν==螺旋桨雷诺数采用ITTC 推荐表达式：νπ2275.0)75.0(Re nD v c a +=临界雷诺数一般大于3×105为消除自由液面影响，桨模的沉深深度：m s D h )0.1-625.0(≥三、实验设备主要设备是螺旋桨动力仪 。
四、实验内容敞水试验通常是保持螺旋桨转速不变，改变拖车前进速度。
速度范围应从Va ＝0至推力小于零的进速之间，在该范围内测点取15个左右。
1、敞水箱安装敞水箱为流线型，螺旋桨的轴从敞水箱的前端伸出箱外，外伸长度必须使桨模位于箱前的距离大于螺旋桨直径的3倍，以避免箱体的影响。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
2、仪器安装及操作进入数据采集界面，如图所示。
在拖车开动之前，要对采集系统进行调零。
即在水池水面平稳状态下，点击系统设定里面的“调零保存”，使该通道的工程值基本在0附近飘动。
在拖车开动之前，我们要给螺旋桨一定的转速。
具体转速的确定，要根据具体情况确定。
由进速系数公式 可知，螺旋桨直径D已定，如果螺旋桨转速n太低，我们需要提高进速V，才能是J达到足够到。
【实验】航空航天器控制器全方案设计实验指导书
【实验】航空航天器控制器全方案设计实
验指导书
实验目的
该实验的目的是为了让学生们了解基本的航空航天器控制器的设计流程，实践并掌握控制器的设计方法和技能。
实验器材
- 航天器模型
- 控制器设计软件
实验内容
1. 系统建模
- 了解航空航天器系统结构
- 利用控制器设计软件建立控制器的模型
2. 控制器设计
- 设计反馈控制环节
- 设计前馈控制环节
- 选择合适的控制器类型
- 仿真和调试控制器
3. 控制器应用和验证
- 利用模型进行仿真
- 将控制器应用于实际航天器中
- 对实验结果进行分析和评估
实验步骤
1. 学生们分组进行实验
2. 初步了解航空航天器控制器的设计流程和方法
3. 学生们自主操作控制器设计软件建立控制器模型并进行仿真
4. 学生们对控制器进行调试和优化
5. 将控制器应用于实际航天器中并进行实验数据的收集和分析
实验注意事项
1. 操作过程中应当注意安全
2. 实验结束后应当对实验设备和环境进行清理和整理
3. 实验报告应当包括控制器设计的过程和实验结果的分析
实验成果要求
1. 分组进行工作，提供小组实验报告
2. 报告内容包括设计的控制器模型、设计的控制策略、电路仿真结果、小组工作总结和实验效果分析。
2-4自由自航船舶操纵性试验
算枢心P的轨迹。枢心速度计程仪在X方向的 速度，枢心处航速角就等于首向角。P点为：
回 转 试 验
（3）对上式积分采取梯形法进行近似计算，然后 根据计算结果来绘制枢心轨迹，如图所示：
5. 测量轨迹的积分方法
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（4）假定枢心P位于重心前0.4L处： 。 然后在枢心的每个轨迹点处画上船体的首尾线， 如图所示，在每条首位线上求出重心G的位置， 绘出重心轨迹——回转圈。
Z形操舵试验
以10°/10°(分子表示舵角，分母表示进行反向操舵时 的航向角)Z形操纵试验为例，试验方法简述如下 ：
1. 试验方法
(1) 保持船舶直线定常航速；发令之前记录初始船
速、航向角、及推进器转速等；
(2) 发令，迅速转右舵到指定的舵角(10°)，并 维 持该舵角；
Z形操舵试验
1. 试验方法
量角速度r 和舵角δ ，以15°舵角为例，依次改 变舵角从右15°→右10°→右5°→右3°→右 1°→0°→左1°→左3°→左5°→左10°→左 15°→左10°→左5°→左3°→左1°→0°→右
1°→右3°→右5°→右10°→右15°，舵角变
化一周，回到开始值时，可结束一次试验。
γ－δ 操纵性特征曲线
尾部多有利于提高航向稳定性 ；
③舵面积比：
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
2、船舶的吃水状态
①吃水：吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋
回初径和横矩有某种程度的降低；
②纵倾：首倾每增加 1% L ，回转初径 D T 可减小 10% 左右；尾倾每增加 1% L ，回转初径 D T 则增加10% 左右；
空船与满载时的回转圈大小相差不多
③横倾：总的来说，横倾对回转圈影响不大。
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1、概述
1.1 试验内容
1.2试验条件
试验设备：
拖曳水池：
拖车：
阻力（拖力）测量设备：
推力、扭矩测量设备：
桨模敞水试验箱；
自航船、桨模驱动与传动装置；
船模导向装置；
船模夹具；
数据采集与分析处理系统：
1.3试验模型参数
表2.1 实船与船模主要参数列表
螺旋桨模型参数：
桨叶数： 4
直径：0.17925m
盘面比：0.45
毂径比：0.15
(P/D)1.0R：0.608
(P/D)0.7R: 0.637
缩尺比： =40
1.4模型试验方法
1.4.1 船模静水拖曳阻力试验
水面静止的条件下，闭合夹具，由拖车带动船模至设定航速，释放夹具，并通过阻力测量仪（四自由度适航仪）测量得到该航速下的船模阻力，然后关闭夹具，减速停车，低速退回到起始位置，待水面平静后进行下一航次的试验，如此反复进行，直至完成整个航速范围内的船模阻力试验；记录试验当时水温。
其中，拖点位于船模重心铅垂线上，高度则位于设计水线面，船模导向方式为首导向杆方式，夹具位于船模后部。
1.4.2 螺旋桨模型敞水性能试验
螺旋桨模型敞水性能试验采取设定桨模转速，改变桨模进速进行试验的方法。
即每航次中不改变桨模转速（Nm=1260rpm），只改变桨模进速。
所有试验与测量仪器均安放在敞水试验箱内，桨模安装在由敞水箱前端向前伸出的桨轴前端，桨轴长度大于四倍桨模直径，外面包有轴套管，桨模前端安装有导流帽，轴套与敞水箱连接处设有导流罩，桨毂与轴套之间平顺过渡。
具体的实验方法：水面静止的条件下，由拖车带动敞水试验箱至设定航速，同时调整螺旋桨模型至指定转速（1260rpm），通过螺旋桨动力仪测量得到该航速和桨模转速下的桨模推力与扭矩，然后减速停车，低速退回到起始位置，待水面平静后进行下一航次的试验，如此反复进行，直至桨模推力变为负值，停止试验；换装桨毂，以桨模敞水试验对应的航速与桨模转速进行试验，测量得到轴系及桨毂的摩擦力矩和推力修正值；记录试验当时水温。
1.4.3船模自航试验
船模自航试验采用强迫自航法。
针对每一种载况和节能附体组合情况，均进行3个航速下的船模自航试验，分别为1m/s，1.2 m/s，1.4 m/s。
对于每一
位航速，均设置4种不同桨模转速，保证该航速下的自航点摩擦阻力修正值F
D
于所测得的4个不同桨模转速下的拖力曲线之上。
具体试验方法为：水面静止的条件下，闭合夹具，由拖车带动船模至设定
航速，同时调整桨模转速至指定转速，释放夹具，通过阻力测量仪（四自由度适航仪）测量得到船模在该航速和桨模转速下所需拖力，通过船模自航仪测量得到该航速与桨模转速下的桨模推力和扭矩，然后关闭夹具和螺旋桨转速，减速停车，低速退回到起始位置，待水面平静后进行下一航次的试验，如此反复进行，直至完成整个航速范围内的船模自航试验；记录试验当时水温。
2、模型试验结果与处理
通过模型试验，得到在不同载况与节能附体组合情况下的船模阻力和自航试验结果，以及桨模敞水试验结果。
2.1桨模敞水试验结果的处理
将经过摩擦力矩和推力修正后的桨模试验结果按照ITTC－1978建议的方法换算得到桨模与实桨的敞水性能数据表，并绘制出桨模和实桨的敞水性能曲线图，参见试验数据处理与分析图表的“螺旋桨敞水试验结果”。
2.2船模静水阻力试验结果的处理
按照ITTC建议的二因次换算法由模型试验结果换算至实船有效功率，具体的换算结果以及各参数的选取参见相关表格。
其中，摩擦阻力系数C f按照ITTC －1957公式计算得到；换算补贴系数根据经验选取，取值如下：△C f=-0.1×10-3。
相关换算参数和结果见试验数据处理与分析图表的“船模静水阻力试验结果分析”。
2.3船模自航试验结果的处理及分析
将通过船模自航试验所得到的自航曲线进行处理，并结合船模静水阻力及桨模敞水试验结果得到船模自航试验相关参数，再按照ITTC—1978标准换算方法预报实船快速性能，根据经验对实船的收到功率、桨转速进行修正。
自航试验具体的处理结果见试验数据处理与分析图表的“船模自航试验结果分析”、“实船功率预报”。