4 快速性试验(船舶性能试验)

4.2 三因次法
三因次换算方法是1978年第15届ITTC推荐 的方法。将船的总阻力分为三个部分，即平板 摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力。粘压阻力 包括摩擦阻力的形状效应和因边界层分离而产 生的旋涡作用。两者均因水的粘性而产生，所 以应为雷诺数的函数。 船的总阻力可以写为
Rt R f Re Rw
3 试验速度修正
*注意到池壁影响问题。最简便实用池壁修正方法是根据所 谓的阻塞效应修正船模速度。 *阻塞效应的修正： 计算 v ，并将试验曲线 Rtm vm 修正为 Rtm (vm v) 曲线 *根据连续性定理，可得：Avm ( A a bh)(vm v) 或 根据伯努利方程，有
若已知A、a 及 vm 值即可求出回流的平均速度 v 。
池壁修正曲线
•池壁修正2：
Δ V/V = m1/(1 - m1 – Fnh2) 式中m1= Am/(b×h),
当m1小于 1％时影响细微可不修正。
Rm (kgf)
25.0 24.0 23.0 22.0 21.0 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 Vm (m/s) 5.5米吃水状态 Rm 5.5米吃水状态 Cr 7.5米吃水状态 Cr 6.5米吃水状态 Rm 6.5米吃水状态 Cr 7.5米吃水状态 Rm

自航试验

二 试验设备和仪器
水池及控制系统 电机及调速仪 压力传感器 拉压传感器 多分力天平 自航仪(推扭传感器) 敞水箱
图 3
SIEMENS 6R24 全数字直流调速系统及水池
压力传感器
多功能高压直流电机及伺服驱动器
拉压传感器及自航仪
后臵式敞水箱
前臵式敞水箱

试验本身的一些影响因素
池壁影响 尺度效应 拖车速度（加速度、平稳度） 轨道平直
消波（开过后，要等一段时间，等水平静后再开）
测量仪器本身的误差
5 螺旋桨模型的敞水试验
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。
ctm Frn (1 k ) A c fm c fm

1978年第十五界届ITTC性能委员会推荐的方法中，船的总 阻力还需要考虑空气阻力及粗糙度附加。
cta (1 k )c fs cR c f c AA 有舭龙骨实船的总阻力系数为
cts
cm——船模的总阻力系数 c f ——实船粗糙度附加，按下式计算：
三、试验原理及试验流程

1试验前的模型准备 a 尺度确定
阻力试验时，要求弗劳得数相等，即 vs v v m ,故 vm s gLs gLm 式中： 敞水试验时，要求进速系数相等，即 v As v Am ns Ds nm Dm
Ls Lm 为缩尺比；
（忽略黏性）
几何相似： Ds Ls Dm Lm
VA m pm 2 VA ps and pm pom H m w .
v a bh v m A (a bh)
2 (vm v) 2 vm 1 v 2 v 2 h [( ) 2( )]vm 2g 2 g 2 g vm vm
2 b Ax 令 x v / vm ，整理后得： a m ( x 2 2 x) 1 x 2g
1957年的第八届ITTC建议取
0.075 cf (logRe 2) 2
考虑到粗糙度对剩余阻力的影响，引入粗糙度附加值 c f 0.4 103 实船裸体总阻力系数为
cTSN c fs cr c f
实船的总阻力和有效功率为 1 Rts cts s Sv s2 2 弗劳德提出的换算方法曾被世界各国的船模试验池中广 泛使用，直到现在仍在继续使用。用该假定进行计算的 结果与实际相当接近，而要建立更完善、合理的假定有 很多困难。严格地说，弗劳德假定既不合理，又不完善。
V The Advanced ratio is related to the slip ratio 1 A . nP Define Q as the Torque to drive a propeller Q The torque coeff .: K Q n2 D5
一 试验目的和意义(2)

阻力试验目的

确定船体阻力,研究线型和船体参数变化对船 体阻力的影响,研究各种附体阻力及其对总阻 力的影响,选择优良的线型.

推进器的敞水试验

研究推进器自身的水动力特性及各种参数变化 对性能的影响. 分析研究各种推进效率成分的重要手段,采用 一定的方法预报实船性能,验证是否满足快速 性要求,同时也可以判断船机桨的匹配性.
In open water, the propeller efficiency coeff.: TVA K VA J KT o T . 2 nQ K Q 2 nD 2 K Q When all the dimensionless parameters are the same for the two geometrically similar propellers, the two propellers will be dynamically similar. Ds Scale ratio: Dm For the same Froude #: VAs VAm Ds Dm
或
ct c f ce cw
如果将摩擦阻力和粘压阻力合并计算，并 称之为粘性阻力，可以写为：
ct (1 k )c f cw
式中，1+k为形状因子，k称形状系数。它只 与船形有关，且认为几何相似的船的形状因 子1+K是相同的。形状因子根据船模在弗劳德 数Fr=0.1-0.2范围内阻力试验结果，按下式 确定： A及n等数值均由最小二乘法确定，指数n的范 围为2.0～6.0。
4 船模阻力试验结果的换算方法
*二因次方法亦称弗劳德方法，三因次方法为1978年ITTC性能委
员会推荐的方法。
4.1 二因次法 弗劳德假定：
船的总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分组成。且认为摩 擦阻力仅与雷诺数有关，剩余阻力仅与弗劳德数有关； 因此，有：Rtm R fm Rrm 或 ctm c fm crm 根据弗劳德假定，实船的剩余阻力系数 crs 和模型的剩余阻力系 数 crm 是相等的。而摩擦阻力是雷诺数的函数且与物体的形状有 关。由于流线型物体表面曲率对剩余阻力的影响不甚明显，弗 劳德有假定，船的摩擦阻力与速度同长度同湿表面积的平板摩 擦阻力相同.
1 m n n ( ) 因此： m s 1 s
根据GB*/Z346-85的规定，用于自航的螺旋桨模型直径不 得小于0.12m。
b 激流装置 平板摩擦阻力计算公式主要是适用于湍流，激流丝 的作用是使得层流边界层尽快过渡到湍流边界 层，减少流态对模型阻力换算的影响。 激流丝增加的阻力与船模首部层流降低的阻力抵消。 常用的激流装臵有以下几种： 金属丝 狭条粗糙表面 急流杆 首柱小钉
激流丝的直径 试验报告中必须说明激流丝安装的位臵和形式
c 吃水标志和安装附件 d 称重和压载
船模试验状态的总质量应与计算的排水量一致。试验完 毕后，船模质量要复秤，两次秤重之差额不应大于0.5%。
e 安装 f 破水（以设计速度破水同时测量力，以确定量程）
2 船模静水阻力试验
2.1 船模连接
分为水上水下船模阻力试验。因船模位臵不同，而连接 方法不相同。
船舶与海洋工程试验技术
第四讲 船舶快速性试验技术
主要内容
试验目的和意义
测试仪器 试验原理及过程 数据处理和分析
一 试验目的和意义(1)

1.船模快速性试验目的和内容
*船舶快速性是指船舶在一定装载状态下，在某 一指定主机功率时航行的快慢问题。 *通常用快速性试验检验船舶是否达到快速性的 设计要求。快速性试验内容通常包括阻力试验、 推进器的敞水试验和船模的自航试验。
水下阻力试验安装图
2.2 船模阻力试验中物理量的测量
主要物理量是船模阻力和船模速度，对高速船 舶还需要测量航行中的浮态变化。
2.3 试验点安排
从低速到略超过设计航速的范围内选取若干个 速度，一般少于15个。速度间隔大致均匀。 最大速度值一般应大于要求速度的10%。
2.4 试验精度
阻力试验测量精度可取0.2%，拖曳速度的波 动值宜小于0.3%。阻力试验结果的平均误差 小于1.5%。
Using D.A, the non-dimensinal formula is given by, VA D T p VA VA f , , , 2 1 n2 D 4 nD V gD A 2 VA VA D p Froude #: , Euler #: 1 , Reynolds #: 2 gD 2 VA Advanced ratio: J VA , Thrust coeff. : nD KT T n2 D4
T f , D,VA , g , n, p, n - rotational speed, D - diameter of propeller p - pressure in water, - dynamic viscosity VA - speed of advancing, T - Thrust