三桨船船模自航试验分析
船模自航试验指导书
T=
Rtm − Z 1− t
2. 在进行试验时，阻力仪砝码杆上的砝码重量相应于预定的强制力 Z。由拖车通过刹车装置带动船 模前进，同时启动螺旋桨，当拖车加速到预定速度时，保持匀速前进，松开刹车装置，使船模于 拖车脱开，同时调节螺旋桨转速使其达到预计的推力 T，使船模与拖车等速前进，待稳定后，记 录船模速度 V，转速 n，强制力 Z，推力 T，转力矩 Q。依上述方法系统改变强制力进行试验，可 得对应于一个速度的一组自航数据。改变试验速度依次进行试验，可得相应速度的若干组自航数 据。 六、试验数据的整理和分析 1. 对测量数据进行速度修正 在对某一预定速度 Vm 进行试验时，一般需要变更强制力 Z 五次，即该组试验要进行五次。由于很难 保证五次测得的速度都是预定的试验速度 Vm ，故需将试验测得的数据修正到对应于预定苏打 Vm 的数值。 如某次试验测得的船模速度为 V0 ，其相应测得的数据为 n0 , T0 , Q0 , Z 0 ,则可用下述方法将其修正至预定速
[Cts ]m =
Rts 1 ρ sVs2 S s 2
，表示由船模阻力换算所得的实船总阻力系数。
在实船性能预估中，其总阻力系数应取为 [C ts ]s = [C ts ]m + ∆CT 。 ∆CT 称为实船性能的相关因子。根 据交大水池的分析结果
∆CT = 0.1831 − 1.6154 × 10 −10 RN ( RN 为实船雷诺数） 。
船模自航试验指导书
一、船模自航试验的目的： 通过船模阻力试验及螺旋桨模型敞水试验，我们分别求得船体阻力曲线及螺旋桨的敞水性征曲线，但 是，实际上船体和螺旋桨是一个整体，当船舶在船后螺旋桨工作时运行，它们之间彼此相互影响附近的速 度场和压力场，此种影响是非常复杂的，迄今还不能用纯粹理论的方法来正确计算，而船模自航试验是目 前研究船体和螺旋桨相互影响最有效的方法。 船模自航试验的目的是测定船模在螺旋桨推进下的航行性能，据此可检验该船型、主机和螺旋桨之间 的配合情况，求得该船型在某一速度下的伴流分数和推力减额分数。对于新设计的船舶来说，自航试验可 用于预报实船能够达到的航速以及船体、主机和螺旋桨是否匹配。自航试验还可以对若干方案进行比较， 从而选择较优的方案。 在船模进行自航试验之前，必须完成船模阻力试验和螺旋桨模型的敞水试验。综合三种试验的结果才 能进行完整的数据分析和预报实船性能。 二、自航试验的相似理论 我们知道在船模阻力试验时必须保持模型和实船的 Fr 数相等， 而在敞水试验时必须保持进速系数 J 相 等。故在船模自航试验时必须同时满足 Fr 数和 J 相等的条件。 设 LS ，DS ，VS ，V AS，n S，及Lm，Dm , Vm，V Am，n m 分别为实船和船模的船长，桨直径，船速， 进速，转速，则由 Fr 数相等的条件得：
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。
船模试验解析
船模試驗簡介(續)
自推試驗 目的：測量船模在不同船速下自推時，螺槳對 應所需的轉距(Torque, Q)、推力(Thrust, T) 與轉速(Revolution, N)，以求得推減係數t、 跡流係數 ω 及相對效率 η r，並推算實船推進 效率與DHP值。 油墨試驗 目的：判斷水線下水流是否穩定或是否發生流 離現象及得到舟必龍骨流線及艏側推進器處之 流向。
4.形狀因子(續)
肥胖船Cb與K關係圖 0.3000 0.2000 K 0.1000 0.0000 0.5 0.6 0.7 Cb 0.8 0.9 1 Cb&K
一般肥胖船利用Prohaska方法算出之1+K值大約在1.2左右
結論
由HSVA船模實驗報告中，我們驗證了此份報告的 可信度，並且藉由報告中的數據，獲得了以下幾 項的參數關係。 PD誤差度：
貨櫃輪 肥胖船
貨櫃輪之 Cadm 肥胖船之 Cadm
約在300~550間。 約在550~650間。
2.海軍係數(續)
與過去海軍係數範圍比較(同CB情況)
船種 高速貨櫃輪 貨櫃輪 大型礦砂輪 大型油輪 以前海軍係數 400~450 400~450 450~550 500~600 台船實蹟船的海軍係數 300~550 550~650
從統計中大致上可以看出，CSBC的船比以前的船的 海軍係數較高，故可知效能提升。
3.風阻力
定義：
風阻力： RAA
1 2 = ρ AVr Av C AA 2
使用參數：
RAA ×100%、T、Cb RT
3. 風阻力(續)
貨櫃船風阻百分比與吃水的關係
12.0% 10.0%
8.0%
風阻百分比
6.0%
壓載吃水
船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进
船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.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，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，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：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：文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.===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。
制作自动小船实验报告
一、实验目的1. 了解自动小船的制作原理和过程。
2. 学会使用电子元件和制作简单的电路。
3. 培养动手能力和创新思维。
二、实验原理自动小船是一种利用物理原理和电子技术实现自动航行的模型。
本实验主要利用电动机、舵机、传感器和电路板等元件，通过编写程序实现对小船航行的控制。
三、实验材料1. 小船模型：长30cm，宽15cm，高10cm。
2. 电动机：直流电动机，电压3V。
3. 舵机：舵机，控制角度范围0-180度。
4. 传感器：超声波传感器，用于检测障碍物。
5. 电路板：Arduino板。
6. 导线、电阻、电容等电子元件。
7. 工具：电烙铁、螺丝刀、剪刀等。
四、实验步骤1. 准备工作（1）将小船模型放在平稳的桌面上。
（2）将电动机、舵机和超声波传感器固定在小船模型上。
（3）连接电路板、电动机、舵机和超声波传感器。
2. 编写程序（1）打开Arduino IDE，创建新项目。
（2）编写以下程序：```cpp#include <Servo.h>Servo servo1;Servo servo2;int trigPin = 9;int echoPin = 10;void setup() {servo1.attach(3);servo2.attach(5);pinMode(trigPin, OUTPUT);pinMode(echoPin, INPUT);}void loop() {int distance = getDistance(trigPin, echoPin); if (distance < 20) {servo1.write(90);servo2.write(90);} else {servo1.write(0);servo2.write(180);}}int getDistance(int trigPin, int echoPin) {digitalWrite(trigPin, LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trigPin, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trigPin, LOW);int duration = pulseIn(echoPin, HIGH);int distance = duration 0.034 / 2;return distance;}```（3）上传程序到Arduino板。
船舶与海洋工程实验技术-自航试验指导书要点
船舶与海洋工程实验技术自航试验指导书华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2015 年 5月20日目录0、前言 11、船模制作 12、仪器安装及操作 12.1 电测阻力仪 12.2 自航仪 93、自航试验操作 144、试验数据处理 165、实船性能预报 17图目录图1 拉力传感器 2图2 放大器背面接口 3 图3 放大器正面 4图4 8HZ采集程序图标 5 图5 8HZ自航双桨 6图6 8HZ系统设定 7图7 8HZ数据采集 8图8 8HZ数据处理 9图9 自航仪 10图10 电机 11图11 电机操作柜 12图12 转速数字显示仪 13 图13 WD990 微机电源 14 图14 自航试验曲线 16表目录表1 拉力传感器规格表 4表2 自航仪规格表 90、前言自航试验有以下主要目的：（1）分析和研究各种效率成分，研究桨、船两者的相互作用；（2）预报实船性能。
即通过试验给出主机功率、转速和船速之间的关系，得出实船的航速预报，验证设计的船舶是否满足任务；（3）判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
我们所采用的自航方法为强迫自航法,又称英国法.有关自航的详细理论请参考《船舶性能实验技术》（第五章），俞湘三等主编，上海交通大学出版社。
1、船模制作船模的制作和装载状态的调整都和阻力试验是一样的，此处就不在赘述。
2、仪器安装及操作2.1 电测阻力仪电测阻力仪主要是用来测量强制力Z。
本系统主要由硬件，软件两部分组成：硬件：它是由多组十六路信号放大处理器、采集卡、计算机组成。
原理方框图如下:信号放大处理器主要技术指标：采样通道： 16路输入阻抗：>2MΩ零点漂移： 0.05%精度： 0.05%D/A转换板： 12位精度 0.015%具体操作过程如下:首先,拉力传感器固定在机械阻力台上，如图1所示图1 拉力传感器拉力传感器，一头由数据线连接，到拖车操作室接到放大器背后的接口处，放大器型号为:HG-98 多功能数据处理系统，如图2和图3所示图2 放大器背面接口图3 放大器正面选择通道，如CH5，然后放大器通过采集卡与计算机（靠门口那台）相连。
阻力和敞水试验及自航试验(3)
Es
Ds
Dm
s
2
m
2) c ~ w 法 瑞典、日本及北欧诸国采用的方法,该方法认为由于尺 度作用引起的差别主要反映在阻力和伴流中，对推力 减额分数和相对旋转效率的影响较小、可忽略不计。
t
3)1978ITTC法 本方法认为
rs rm
ts tm
(1 k )c fs c f (1 k )c fm
c AA 0.001
T
S
• 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：
ctm Frn (1 k ) A c fm c fm
• A及n等数值均由最小二乘法确定，指数n的 范围一般为2.0～6.0。 • N = 4 , PROHASKA 法 （普鲁哈斯咔法）
KTm KTs
K Qm K Qs
0 m 0 s
★尺度修正有下列三种办法 不修正；仅修正扭矩系数KQ；1978年ITTC K K K 推荐的修正方法： K K K
Ts Tm T
Qs Qm Q
P C K T 0.3C D ( )( ) z D D
C K Q 0.25C D ( ) z D
vm vs
Ls Lm
v As v Am ns Ds nm Dm
Ds L s D m Lm
1 m nm n s ( ) 1 s
忽略黏性
2.2 激流装置 为什么要激流？ 急流丝 狭条粗糙表面 急流杆 首柱小钉
2.3 吃水标志和安装附件 2.4 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%。
大工12春《船模性能实验》实验报告
⼤⼯12春《船模性能实验》实验报告⽹络教育学院《船模性能实验》实验报告学习中⼼：层次：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e R 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。
1）安装激流丝：⽤1=Φmm 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。
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式中： — — 实船自航点对应的带附体的船模阻 !!—
! ! " "% $ % ! ! " "% " "’
（9）
由 （’） 减 （%） 和由 （’） 减 （#） 分别有 （’ " $ ) ）( % #（ "% " "# $ # ) & ’ " $&） （’ " $ &% ）$ # ) （’ " & ) $ ) ） （1） " % # &% （’ " $ ) ） "’ " "# $ % #（ ( #) & ’ " $&） （’ " $ )’ ）$ % #（ （6） " # )’ & ’ " && $&） 与 （6） 相加可得 由 （1） （’ " $ ) ） "’ ( "% " % "# $ 0 #（ ( % #) & ’ " $&） （’ " $ &% ）" # )’ （’ " $ )’ ） " % # &% （’ " & ) $ ) ） $ % #（ ( #) & ’ " && $&） （2） 反映了两倍的三桨自航试验时的有 方程 （2） 效推力减去边桨和中桨间无相互干扰时的三个桨 的有效推力， 则边桨和中桨相互干扰时的有效推 力增量为 （’ " $ ) ） ( #) !# : $ % #（ & ’ " $&） （’ " $ &% ）" # )’ （’ " $ )’ ）（8） " % # &% 可理解为三桨有效推力加上边 因此方程 （ 2） 桨和中桨相互干扰时的推力增量， 相当于三桨在 推力减额分数发生变化时所克服的 “总阻力” ， 而 此时的边桨和中桨所克服的阻力分别为 "’ " "# 和 "% " "# ， 此时中桨和边桨的阻力分配系数为 % )% $ % &% "% " "# "% ( "’ " % "#
收稿日期 作者简介
())&$)&$)! 谭廷寿 （!%&" F ） ， 男， 博士， 副教授
航点处按同转速、 同航速， 分别测量双桨和单桨的 推力、 转矩与强制力， 则三桨、 双桨和单桨自航时
()
三桨船船模自航试验分析— — —谭廷寿
陈宾康
需分别满足下面的平衡条件 （’ " $ ) ） 三桨： ! ! " " # $ % #（ ( #) & ’ " $&） 双桨： （’ " $ &% ） ! ! " " % $ % # &% （’ " $ )’ ） 单桨： ! ! " " ’ $ # )’ 力； — — 三桨自航试验时的强 "# 、 #& 、 #)、 $&、 $)— 制力 （等于摩擦阻力 修正值） 、 边桨推力、 中桨推力、 边桨推力 减额分数、 中桨推力 减额分数； — — 双桨自航试验时强制力、 边 "% 、 # &% 、 $ &% — 桨推 力、 边桨推力减额分 数； — — 单桨自航试验时强制力、 中 "’ 、 # )’ 、 $ )’ — 桨推 力、 中桨推力减额分 数。 这里认为左右边桨的推力减额分数相同， 应 保证螺 旋 桨 模 型 的 加 工 精 度 （如 误 差 小 于 * + ’ ， 其敞水性征曲线将基本相同， 其次左右桨的 !!） 推力测 量 值 应 基 本 相 同 （误 差 应 控 制 在 ’*, 以 内） ， 否则应考虑是否螺旋桨的安装有问题。表 ’ 为相当实船自航点的船模三桨、 双桨和单桨自航 时的推力和强制力测量值， 其中边桨推力为左右 桨推力之平均值。
’0 + ’* %* + *# %6 + 9* #2 + #% ’1 + 96 %% + ’8 %2 + 60 #8 + 11 ’’ + 19 ’9 + 8# %’ + 28 #’ + 6* #’ + #’ #8 + 0* 99 + *2 6# + 82
"’ " "# $ "% ( "’ " % "#
为了得到三桨船每个桨的推力减额分数， 首 先需要确定每个桨克服的阻力， 根据表 ’ 所得到 的测量数据， 可采用下面的方法确定每个桨克服 的阻力。首先由 （%） 与 （#） 相加得到
船海工程
（总第 #45 期） !++- 年第 - 期
边桨的阻力分配系数分别是 ! ! " ! # $ ! ! % 时， 中桨的阻力分配系数分别是 " ’# 和 " ’! ， " &# 和 " &! ， 当负荷 # ( ) $ * $ ! % 时， 有 # (# ) # ( $ !#% ， # (! ) # ( " !#% ， （##） # ( ) + , - .（ # (# " # (! ） 三桨实际状态的负荷正好是负荷 # (# 和 # (! 的平均值， 采用线性内插方法可得负荷为 # ( 的 边桨和中桨的阻力分配系数 " & 和 " ’ " ’ ) + , - .（ " ’# " " ’! ） " & ) + , - .（ " &# " " &! ） "& " "’ ) # 于是由下式可解出边桨和中桨的推力减额分 数 && 和 &’ （ $ * $ !% ） ! #（ & # $ & & ）) " & . （# $ & ’ ）) " ’ .（ $ * $ !% ） #’ （#%） （#!）
!
三桨船自航试验及分析方法
为了便于阐述和分析， 以一艘三桨船为例， 该
船是航行于长江上游的超浅吃水三尾三桨船， 专 门用来运输三峡大坝的大型发电机， 设计航速要 求大于 !G H<I;， 由于吃水太浅， 双桨船不能满足 要求， 只能采用三桨的推进方式。 自航试验采用强迫自航试验方法， 选取 * 个 船模试验速度 !" 分别为! , ’!&、 ! , &)(、 ! , "%)、 ! , G#G 相应的实船速度 !# J !*、 <I2， !"、 !G、 () H<I;。试 验时船后螺旋桨的推力 $ 和转矩 % 用应变式动 力仪测量， 强制力 & 用机械式阻力仪测量。实船 自航点对应的摩擦阻力修正值按常规自航试验方
航试验分析难以进行。本文提出了一个确定阻力分配系数的方法， 试验分析结果说明本方法是合理的。 关键词 中图分类号 +""! , ’!’
-./01232 456 2704$865890235. :72:2 54 2;38 <5=70 >3:; :;677 2?67>
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表! 项 三桨、 双桨和单桨自航试验测量值 目 ’0 ’ *1* 数 ’1 ’ %#2 值 ’2 ’ 0#* %* ’ 16#
（’ " $ &% ）( # )’ （’ " $ )’ ） % ! ! " "% " "’ $ % # &% （0） 方程 （0） 可理解为边桨和中桨之间无相互干 扰时， 三个桨所克服的阻力， 且边桨和中桨克服的 定义中桨和边桨 阻力分别为 ! ! " "% 和 ! ! " "’ ， 的阻力分配系数 % )’ $ % &’ ! ! " "’ % ! ! " "% " "’ （’） （%） （#）
船海工程
（总第 !"G 期） ())& 年第 & 期
文章编号
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