第四章船舶耐波性试验 船舶运动学教学课件
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计算有效波倾系数：
消灭曲线
其中：θm为共振横摇角 Δθ可根据共振横摇角来 查消灭曲线确定。放大因 数为规则波共振时的值。
波浪中零速横摇试验
注意事项： 1. 试验造波频率范围大，包括谐摇区
λ= （0.7~3）T2φm Lm =2~4m 2．在谐摇区，加密试验点
3. 试验波高小，保证线性 ζ= （1/35~1/50）λ
第四章 船舶耐波性试验
第三节 船模在波浪中的运动响应试验
船模在波浪中的运动和增阻试验
二、波浪中零速横摇试验 1。试验目的：确定频率响应函数和有效波倾系数。
2。试验方法：
调整好船模置于水池中间，使船舷正对规则 波的传播方向，两端用细绳系于池壁，船模完全 自由。然后造一系列规则波（14到16个），记 录不同波长情况下的横摇幅值和规则波波高，计 算出放大因数，绘制如下放大因数曲线。
计算方法：由在波浪中拖曳航行的船模总阻力 减去相同速度下在静水中拖曳航行的总阻力而得。
船模在波浪中的运动和增阻试验
1。船模在波浪中阻力的测量方法
悬挂重量法测量 在波浪中船模阻力的 示意图，试验时按预 先确定的几个航速逐 一进行。在每个航速 下，改变波长作出固 定航速下总阻力随波 长的变化曲线见下图。
和附加质量惯性矩。
2。实船自由横摇的具体做法： 按预先的排水量浮于静水面上，实验指挥者
让一批人由一舷跑到另外一舷，往返几次，使船 摇荡起来，当达到5°左右，所有人员停止于中线 面让船自由横摇，用陀螺仪输出横摇角信号，并 用示波器记录横摇衰减曲线如下图：
静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验
二、静水中强迫横摇试验 1。试验目的：确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇
荡频率的关系曲线。 2。试验作用：揭示了大角度横摇的非线性阻尼特性。
3。计算方法：在简谐激振力矩M（t）=M0sinωt作 用下，船模运动方程为：
静水中自由和强迫横摇试验
二、静水中强迫横摇试验 3。计算方法：
由上可得特解如下： 可知等效阻尼系数和附加质量惯性矩为：
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验 纵摇、升沉运动谱： 实船纵摇频响： 实船升沉频响：
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验
1。试验方法：
试验选择几个适当的航速，在每个航速 下船模在一系列频率的波浪上进行试验。垂 荡与纵摇是耦合运动，同时存在。 步骤如下：
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验
武汉理工大学24单元方向波造波机
605所高速水池（亚洲最长最高速的 拖曳水池）16单元摇板式造波机
交流伺服电机（4kw*16) 电动缸(冲程1000mm，速度1.0m/s） 16单元摇板（0.4*2.6) 水池尺度 长：510米；宽6.5米；深5米 拖车速度：
第四章 船舶耐波性试验
第一节 船模试验的相似条件
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验 2。实验结果
垂荡运动
纵摇运动
实船的纵摇与垂荡性能的预估方法同横摇类似， 不在赘述。
船模在波浪中的运动和增阻试验
三、波浪中的阻力增量的平均值
由于波浪作用和垂荡纵摇运动引起的兴波对船 体绕流的共同影响，产生了附加阻力。船模在波浪 中拖曳时的阻力比在静水中时大为增加。这部分增 加的阻力定义为阻力增量。
悬挂重量法
船模在波浪中的运动和增阻试验
1。船模在波浪中阻力的测量方法
其中波长为0的阻力值就是静水阻力。
造波机造规则波原理
水池三维方向波多单元造波机
石川岛播磨重工业（IHI）技术研究所拖 曳水池（侧壁反射方向波）
水池： 长210米、 宽10米 水深5米。
30单元分段 冲箱式， 交流伺服电机
（3.7kw*30）
日本横滨国立大学拖曳水池方向波造波机
Length100m * Width8m * Depth4m (Water Depth 3.5m)
船模在波浪中的运动和增阻试验
二、波浪中零速横摇试验
船Biblioteka Baidu在波浪中的运动和增阻试验
二、波浪中零速横摇试验 3。实船横摇性能的预估： 实船横摇谱密度： 实船频率响应函数： 实船与船模的频率响应函数关系：
实船横摇能谱：
查上图可得放大因数的值，然后即得实船的频 率响应函数。
船模在波浪中的运动和增阻试验
一、波浪中零速横摇试验 3。实船横摇性能的预估：
船舶耐波性试验
船模试验
实船试验
1。静水中摇荡试验
2。规则波中的运动试验：运动频响Y（w）
横摇（横浪） 纵摇、升沉（迎浪） 六自由度运动
（任意浪向）
3。不规则波中的运动试验: 谱分析法求频响
4。瞬态波试验。
试验方法：“耐波性试验规程”
船模在波浪中的运动和增阻试验
一、实验设备 3。气动式造波机
由鼓风机和调节阀门组成，通过调节阀 门来控制气体对水面的压力变化而产生波浪。
六、船模尺度选择 尺度的选择要慎重考虑，应根据池壁效应、
造波机的波长范围、池长、车速等因素来确定。 通常船模长度在2到4米。
池壁效应
池壁效应
第四章 船舶耐波性试验
第二节 静水中自由和强迫横摇试验
静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验（实船或船模） 1。试验目的：确定横摇固有周期、无因次衰减系数
横摇衰减曲线
静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验 3。初步设计阶段利用船模试验预报横摇运动性能
目的：利用船模试验求横摇无因次衰减系数。
方法：将校准好的满足相似规律的船模置于静水 中，使船模横倾一角度，然后任其自由横 摇，通过陀螺仪传送横摇角信号，用示波 器记录横摇衰减曲线。
静水中自由和强迫横摇试验
船模试验的相似条件
一、满足力学相似定律 1。几何相似（线性尺度比例一样）
尺度比 2。运动相似（对应点速度值同一比例）
3。动力相似（对应点的力的比值相同）
船模试验的相似条件
二、动力相似分析
次要作用
动力相似
主要作用
粘性力相似
重力相似
惯性力相似
雷诺数相等
傅汝德数相等 斯图罗哈数相等
船模试验的相似条件
三、船模与实船各相同量之间的对应关系
船模试验的相似条件
四、质量分布相似（静力校准和动力校准） 1。静力校准确定重量和重心位置
2。动力校准确定其对纵轴或横轴的质量惯性矩
船模尺度选择
五、池壁效应 船模运动的兴波向池壁扩散并将反射回来
干扰船模边缘的波浪，影响到原来波峰与波谷 的位置，从而使船模运动发生改变。
消灭曲线
其中：θm为共振横摇角 Δθ可根据共振横摇角来 查消灭曲线确定。放大因 数为规则波共振时的值。
波浪中零速横摇试验
注意事项： 1. 试验造波频率范围大，包括谐摇区
λ= （0.7~3）T2φm Lm =2~4m 2．在谐摇区，加密试验点
3. 试验波高小，保证线性 ζ= （1/35~1/50）λ
第四章 船舶耐波性试验
第三节 船模在波浪中的运动响应试验
船模在波浪中的运动和增阻试验
二、波浪中零速横摇试验 1。试验目的：确定频率响应函数和有效波倾系数。
2。试验方法：
调整好船模置于水池中间，使船舷正对规则 波的传播方向，两端用细绳系于池壁，船模完全 自由。然后造一系列规则波（14到16个），记 录不同波长情况下的横摇幅值和规则波波高，计 算出放大因数，绘制如下放大因数曲线。
计算方法：由在波浪中拖曳航行的船模总阻力 减去相同速度下在静水中拖曳航行的总阻力而得。
船模在波浪中的运动和增阻试验
1。船模在波浪中阻力的测量方法
悬挂重量法测量 在波浪中船模阻力的 示意图，试验时按预 先确定的几个航速逐 一进行。在每个航速 下，改变波长作出固 定航速下总阻力随波 长的变化曲线见下图。
和附加质量惯性矩。
2。实船自由横摇的具体做法： 按预先的排水量浮于静水面上，实验指挥者
让一批人由一舷跑到另外一舷，往返几次，使船 摇荡起来，当达到5°左右，所有人员停止于中线 面让船自由横摇，用陀螺仪输出横摇角信号，并 用示波器记录横摇衰减曲线如下图：
静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验
二、静水中强迫横摇试验 1。试验目的：确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇
荡频率的关系曲线。 2。试验作用：揭示了大角度横摇的非线性阻尼特性。
3。计算方法：在简谐激振力矩M（t）=M0sinωt作 用下，船模运动方程为：
静水中自由和强迫横摇试验
二、静水中强迫横摇试验 3。计算方法：
由上可得特解如下： 可知等效阻尼系数和附加质量惯性矩为：
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验 纵摇、升沉运动谱： 实船纵摇频响： 实船升沉频响：
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验
1。试验方法：
试验选择几个适当的航速，在每个航速 下船模在一系列频率的波浪上进行试验。垂 荡与纵摇是耦合运动，同时存在。 步骤如下：
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验
武汉理工大学24单元方向波造波机
605所高速水池（亚洲最长最高速的 拖曳水池）16单元摇板式造波机
交流伺服电机（4kw*16) 电动缸(冲程1000mm，速度1.0m/s） 16单元摇板（0.4*2.6) 水池尺度 长：510米；宽6.5米；深5米 拖车速度：
第四章 船舶耐波性试验
第一节 船模试验的相似条件
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验 2。实验结果
垂荡运动
纵摇运动
实船的纵摇与垂荡性能的预估方法同横摇类似， 不在赘述。
船模在波浪中的运动和增阻试验
三、波浪中的阻力增量的平均值
由于波浪作用和垂荡纵摇运动引起的兴波对船 体绕流的共同影响，产生了附加阻力。船模在波浪 中拖曳时的阻力比在静水中时大为增加。这部分增 加的阻力定义为阻力增量。
悬挂重量法
船模在波浪中的运动和增阻试验
1。船模在波浪中阻力的测量方法
其中波长为0的阻力值就是静水阻力。
造波机造规则波原理
水池三维方向波多单元造波机
石川岛播磨重工业（IHI）技术研究所拖 曳水池（侧壁反射方向波）
水池： 长210米、 宽10米 水深5米。
30单元分段 冲箱式， 交流伺服电机
（3.7kw*30）
日本横滨国立大学拖曳水池方向波造波机
Length100m * Width8m * Depth4m (Water Depth 3.5m)
船模在波浪中的运动和增阻试验
二、波浪中零速横摇试验
船Biblioteka Baidu在波浪中的运动和增阻试验
二、波浪中零速横摇试验 3。实船横摇性能的预估： 实船横摇谱密度： 实船频率响应函数： 实船与船模的频率响应函数关系：
实船横摇能谱：
查上图可得放大因数的值，然后即得实船的频 率响应函数。
船模在波浪中的运动和增阻试验
一、波浪中零速横摇试验 3。实船横摇性能的预估：
船舶耐波性试验
船模试验
实船试验
1。静水中摇荡试验
2。规则波中的运动试验：运动频响Y（w）
横摇（横浪） 纵摇、升沉（迎浪） 六自由度运动
（任意浪向）
3。不规则波中的运动试验: 谱分析法求频响
4。瞬态波试验。
试验方法：“耐波性试验规程”
船模在波浪中的运动和增阻试验
一、实验设备 3。气动式造波机
由鼓风机和调节阀门组成，通过调节阀 门来控制气体对水面的压力变化而产生波浪。
六、船模尺度选择 尺度的选择要慎重考虑，应根据池壁效应、
造波机的波长范围、池长、车速等因素来确定。 通常船模长度在2到4米。
池壁效应
池壁效应
第四章 船舶耐波性试验
第二节 静水中自由和强迫横摇试验
静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验（实船或船模） 1。试验目的：确定横摇固有周期、无因次衰减系数
横摇衰减曲线
静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验 3。初步设计阶段利用船模试验预报横摇运动性能
目的：利用船模试验求横摇无因次衰减系数。
方法：将校准好的满足相似规律的船模置于静水 中，使船模横倾一角度，然后任其自由横 摇，通过陀螺仪传送横摇角信号，用示波 器记录横摇衰减曲线。
静水中自由和强迫横摇试验
船模试验的相似条件
一、满足力学相似定律 1。几何相似（线性尺度比例一样）
尺度比 2。运动相似（对应点速度值同一比例）
3。动力相似（对应点的力的比值相同）
船模试验的相似条件
二、动力相似分析
次要作用
动力相似
主要作用
粘性力相似
重力相似
惯性力相似
雷诺数相等
傅汝德数相等 斯图罗哈数相等
船模试验的相似条件
三、船模与实船各相同量之间的对应关系
船模试验的相似条件
四、质量分布相似（静力校准和动力校准） 1。静力校准确定重量和重心位置
2。动力校准确定其对纵轴或横轴的质量惯性矩
船模尺度选择
五、池壁效应 船模运动的兴波向池壁扩散并将反射回来
干扰船模边缘的波浪，影响到原来波峰与波谷 的位置，从而使船模运动发生改变。