有限水深船舶水压场的试验研究
满水实验专项方案
一、背景为了确保新建造或维修的船舶、船体结构、管道系统等在水下或水面作业中的安全性能，进行满水实验是必不可少的。
满水实验旨在检验船舶或结构在水下或水面承受水压的能力，以及密封性能。
本方案旨在制定一套完整的满水实验专项方案，以确保实验的顺利进行和结果的准确性。
二、实验目的1. 验证船舶或结构在水下或水面承受水压的能力。
2. 检验船舶或结构的密封性能，确保无渗漏现象。
3. 发现潜在的安全隐患，为后续改进提供依据。
三、实验内容1. 实验准备（1）对实验船舶或结构进行外观检查，确保无破损、锈蚀等问题。
（2）准备实验所需设备和工具，如压力表、排水泵、密封材料等。
（3）制定实验流程和应急预案。
2. 实验步骤（1）将船舶或结构放置于实验场地，确保平稳。
（2）对船舶或结构进行密封处理，包括舱室、管道、接口等部位。
（3）启动排水泵，逐渐向船舶或结构内注水，同时观察压力表读数。
（4）当船舶或结构内水位达到设计要求时，停止注水，保持一定时间。
（5）检查船舶或结构密封性能，观察是否有渗漏现象。
（6）根据实验结果，调整密封措施，确保无渗漏。
3. 实验数据记录（1）记录实验过程中的压力变化、水位变化等数据。
（2）记录密封性能检查结果，包括渗漏部位、渗漏量等。
四、实验要求1. 实验人员需具备相关知识和技能，确保实验操作正确。
2. 实验设备和工具应满足实验要求，确保实验结果的准确性。
3. 实验过程中应严格遵守操作规程，确保安全。
4. 实验结束后，对实验数据进行整理和分析，形成实验报告。
五、应急预案1. 若实验过程中发现渗漏现象，应立即停止实验，采取措施进行修复。
2. 若实验过程中出现意外情况，如设备故障、人员受伤等，应立即启动应急预案，确保人员安全。
六、总结满水实验是一项重要的船舶或结构安全性能检验工作。
本方案旨在制定一套完整的满水实验专项方案，以确保实验的顺利进行和结果的准确性。
通过实施本方案，可以有效提高船舶或结构的安全性能，为我国航运事业的发展提供有力保障。
浅水超临界航速舰船水压场数值计算
浅水超临界航速舰船水压场数值计算邓辉，张志宏，刘巨斌，顾建农【摘要】摘要：文章基于浅水波动势流理论和薄船假定，建立了浅水超临界航速舰船水压场理论模型。
采用有限差分方法，对不同宽度航道下浅水超临界航速舰船水压场进行了数值计算。
分析了航道岸壁、水深佛鲁德数、色散效应对舰船水压场的影响。
通过与傅里叶积分变换法以及实验结果进行比对，表明了所建立的舰船水压场理论模型与计算方法吻合得较好。
【期刊名称】船舶力学【年(卷),期】2015(000)005【总页数】8【关键词】浅水；超临界航速；舰船；水压场；有限差分法；傅里叶积分变换法【文献来源】https:///academic-journal-cn_journal-ship-mechanics_thesis/0201220708940.html0 引言舰船水压场是指航行舰船在水中引起的压力变化，它是航行舰船自身难以消除的物理特性，与船型、航速、水深及岸壁等多种因素密切相关。
由于舰船航行引起的水压变化对岸壁、河床均有洗刷效应，且通过检测舰船水压场信号特征可以发现和识别舰船目标，多年来对它的研究一直受到国内外学者的重视。
Tuck（1966）[1]基于渐近匹配展开法，得到了浅水薄船水压场的一个近似解；Müller（1985）[2]利用有限水深兴波源势方法，通过在船舶纵向剖面上布置源汇，提出了薄船、线性自由表面条件下的舰船水压场计算公式；Sahin和Hyman、Nguyen等[3-6]采用有限水深格林函数方法，系统开展了潜艇、水面舰艇和气垫船水压场的理论建模和数值计算工作；张志宏（2002）等[7-8]采用傅里叶积分变换法，得出了浅水开阔海域舰船水压场的解析解，并进行了实验研究；黎昆（2011）[9]、缪涛（2012）等[10]利用面元法计算了舰船在水底引起的压力分布。
在浅水船舶水动力学领域，水深佛鲁德数Fh是一个重要特征参数，Fh＜1和Fh＞1分别称为亚临界航速和超临界航速，Fh=1为临界航速。
深水铺管船管道力学特性研究的开题报告
深水铺管船管道力学特性研究的开题报告一、课题背景深水油气田的开发需要使用管道输送石油和天然气。
在深海环境下，海水压力和水流速度对管道的作用更加显著，也更容易受到台风等自然灾害的影响。
因此，深水铺管船的技术研究成为了油气勘探开发领域的重要课题。
深水铺管船是一个用于铺设海底管道的特殊船只，通常配备有各种辅助设施，如起升设备、锚定系统和对流体力学进行监测的传感器等。
在铺设管道时，深水铺管船可以稳定地在海洋平台上运行，并根据作业需求，精确控制管道的布放和铺设。
深水铺管船管道的力学特性研究，主要涉及到以下三个方面：海水压力与流体力学、管道的受力特性和铺管船的控制与稳定性。
二、研究内容1.海水压力与流体力学海水压力和水流速度是影响深水铺管船管道铺设质量的重要因素。
在研究过程中，需要对海洋环境下水压、流速和波浪等因素进行分析，并建立相关的数学模型和计算方法。
通过对流场分析，可以预测管道的铺设过程中受到的海流的作用力，从而控制好金属管壳和涂层的应力和变形变化，确保其具有良好的力学性能。
2.管道的受力特性深水铺管船在铺设管道时会受到环境力学因素的影响，例如海浪和海流。
管道作为重要的载荷承载体，其受力特性对铺设质量和安全运营有着至关重要的影响。
通过管道的受力分析，可以确定管道的承重能力、稳定性和耐久性等性能，为深水铺管船的安全稳定运营提供技术支持。
3.铺管船的控制与稳定性铺管船的控制与稳定性是深水铺管船研究的关键点之一。
传统的铺设方法主要采用悬挂和拖曳，在复杂多变的海洋环境中存在一定的风险。
针对这一问题，本研究将尝试采用动力定位和动力位置系统等先进技术，提高深水铺管船在铺设管道过程中的控制能力和稳定性。
三、研究意义深水铺管船管道的力学特性研究对于深水油气田的开发和运营具有重要意义。
深入探究深海环境下海水压力和流体力学对管道的影响，可以优化铺设方案，并提高管道的安全性和耐久性。
同时，管道的受力分析能够为深水铺管船的安全运营提供技术支持，降低运营风险。
有限元法在船舶检验工作中的应用研究
有限元法在船舶检验工作中的应用研究
有限元法在船舶检验工作中的应用研究主要涉及以下几个方面的内容：
1. 结构强度分析：有限元法可以用于预测船体结构在不同工况下的强度性能，包括静态和动态载荷的作用。
通过模拟实际工况，分析预测船体在不同海况下的受力情况，从而评估船体结构的强度和疲劳性能。
这对于船舶的设计、制造和维护非常重要。
2. 液体动力学分析：有限元法可以用于模拟船舶在水中的流体动力学行为，包括水动力性能、阻力、推进性能、漂移和操纵性能等。
通过分析这些参数，可以优化船体设计，提高船舶的性能和效率。
3. 隐写分析：有限元法可以用于模拟船体结构中的隐蔽缺陷和损伤，如腐蚀、裂纹等。
通过对这些隐蔽缺陷进行分析，可以评估其对船舶结构强度和安全性能的影响，并制定相应的维修和保养计划。
4. 冲击和碰撞分析：有限元法可以模拟船舶在碰撞、冲击等意外事件下的结构反应。
通过模拟这些事件，可以评估船体在不同情况下的受损程度，提供决策依据，以减少事故的发生和减轻损失。
5. 涡激振动分析：有限元法可以用于模拟船体在行驶过程中产生的涡激振动现象。
通过分析这些振动现象，可以优化船体设
计，减少振动对船体结构的影响，提高船舶的安全性和舒适性。
总之，有限元法在船舶检验工作中具有广泛的应用，可以用于模拟和分析船舶结构的强度、水动力性能、隐蔽缺陷、冲击和碰撞等各个方面，为船舶设计、制造和维护提供科学的依据。
潜艇在深海环境下的动力学研究
潜艇在深海环境下的动力学研究随着工业技术的飞速发展，探测海洋深处已成为重要的研究领域。
然而，深海环境对潜艇本身的技术要求也越来越高，这其中最关键的就是动力学问题。
深海环境中的水压、水温、海流和海底地形等复杂因素，都将会影响潜艇的机动性、稳定性和航行深度等方面。
因此，为了保证潜艇的安全性、可靠性和性能，在深海环境下对潜艇的动力学特性进行深入研究就显得格外重要。
第一章潜艇的动力学基本理论潜艇在深海环境下的动力学特性研究需要涉及到多学科知识的融合。
其中，最基本的就是流体动力学方面的基础知识，这包括纳维-斯托克斯方程、边界层理论和绕流问题等方面。
这些基础知识是我们能够理解潜艇航行中遇到的各种流体现象的重要前提。
此外，还有潜艇的结构力学、控制系统、计算机仿真等多方面的知识需要涉及。
第二章深海环境因素对潜艇动力学的影响深海环境因素对潜艇动力学的影响主要有水压、水温、海流和海底地形等因素。
首先是水压问题，深海环境中水的压力稍不留意就可能对潜艇造成致命伤害。
因此，在设计潜艇时就必须考虑到水压对潜艇壳体的影响。
其次是水温问题，水温对潜艇航行中温度场的分布有着重要的影响。
同时，水温对潜艇材料和装备的性能也会产生不同程度的影响。
海流是另外一个重要因素，海流会导致潜艇在航行中遇到的流体现象和水动力问题与日常海面上航行时存在较大差异。
最后是海底地形，海底地形的起伏不仅会影响潜艇航行深度和航行速度，还会影响到潜艇的稳定性。
第三章潜艇的机动性和稳定性研究潜艇的机动性和稳定性是潜艇航行中的两个最基本的特性。
机动性研究主要包括潜艇的动力系统和推进系统等方面。
在深海环境中，潜艇的机动性更是需要有足够的保障。
稳定性研究则涉及到潜艇的航行状态、水动力响应、姿态控制、环境响应等诸多方面，是潜艇设计和使用中重要的技术问题。
第四章现代潜艇动力学研究的发展趋势随着计算机和数值计算技术的不断发展，现代潜艇动力学研究正向着更加精细化和高效化的方向发展。
某型船舶水力学性能计算及优化研究
某型船舶水力学性能计算及优化研究近年来，随着海洋经济的发展和对船舶安全性、运输效率等方面的要求越来越高，对船舶水动力性能的研究也越来越重要。
其中，船舶水力学性能在船舶设计与运行中占有重要地位。
本文旨在探讨某型船舶水力学性能的计算与优化。
一、简介某型船舶是一种大规模的海洋运输器械，主要用于散货、油料等大宗物资运输。
该型船整体长度180米，宽度32米，速度16节，排水量36000吨。
由于船舶特性、运输特性和环保要求等不同因素的影响，某型船舶的水动力学效能需要进行研究和计算。
二、计算方法船舶水动力学性能的计算方法多种多样，甚至有些深奥难懂，但总的来说主要可以分为两大类，即实验研究方法和计算机模拟方法。
实验研究方法主要是通过模型试验和原型试验等手段，测定船舶在不同流速和舵角条件下的阻力、推力、速度、操纵性能等参数，从而获取船舶水动力学特性的基础数据。
但是这种方法成本较高且需要较长时间。
计算机模拟方法可以通过数值模拟手段来计算船舶水动力特性参数，包括速度、流量、粘性系数、推力、抗力等。
主要可以分为数值流体计算（CFD）和势流计算（Potential Flow）等两种方式。
从实用角度出发，本文采用了CFD数值流体计算来进行水动力性能的研究。
三、数值模拟分析采用CFD数值流体计算方法，可以准确计算船舶船体的流速、压力、阻力、推力等水动力学参数，进而分析不同条件下船舶性能的变化规律。
1. 建模与网格化首先需要对某型船舶进行建模，包括将船舶几何形状、细节参数等输入计算软件，并进行网格化处理。
建模过程中需要注意对船舶舰形和细节特征的合理处理，确保计算结果的准确性。
2. 模拟条件设置模拟条件的设置直接关系到数值计算结果的准确性和适用性。
需要确定的条件有：（1）不同流速条件下船舶的阻力和推力分布。
（2）不同舵角条件下船舶的操纵能力。
（3）船舶在波浪中的性能表现。
通过对不同条件的模拟分析，可以了解某型船舶的水动力学性能特点，找到性能瓶颈，最终实现性能的优化。
水密性试验船舶舱盖修理研究
基于船舶舱盖修理修复中的水密性试验探讨摘要：船舶舱盖的水密性是指船舶在水中能承受的水压差的性能。
本文在对船舶舱盖进行简要介绍后，针对舱盖修理中的常见问题及修理方法进行了进一步阐述，并就当前常见的一些船舶舱盖进行舱口水密性试验的方法进行了探讨。
关键词：水密性试验船舶舱盖修理研究船舶舱盖是船舶上的重要组成部分之一。
随着科技进步，为满足船舶性能的不断发展的要求，船舶舱盖板的类型越来越多。
货舱盖是关闭货舱口的盖板。
目前，船舶大多采用钢质的舱盖板。
其按划分不同，可分为多种。
但通常都是由多个功能块组成，主要承担保证船舶货物安全，保证水密功能的封闭作用。
一旦船舶水密装置发生问题，比如设计制作缺陷、舱盖锈蚀，外力变形等，导致水密装置不能发挥正常作用，就会产生舱盖板漏水等情况发生，既可能造成舱内货物湿损，还可能发生舱内进水，给船舶行驶来安全隐患。
因此，舱盖水密性能的维护和修复，是船舶修理必须要注意的一个重点。
1 船舶舱盖的修复船舶舱盖的修复是一个系统的工程，必须要进行慎密检查和充分准备，并且在修理后还要进行水密试验。
通常来说，在船舶舱盖修理前, 由有经验的维修技师反复开关舱盖, 根据开关时舱盖的表现，结合异常情况分析可能的故障原因, 以便对症下药。
比如，当维修技师在检查翻滚式舱盖时，发现行走不畅的问题。
首先就要分析可能的原因，要针对常见的故障进行排查，逐步排查滚轮轴套磨损、轨道磨损、舱盖变形等故障。
在先查明故障原因后，有必要再进行“会诊”，然后才提出修理修复方案和措施。
在正式修理前,一定要结合图纸，并根据现场情况进行认真标记。
比如，翻滚式舱盖，不但舱盖块数多,而且附属零件也多,如果不做好标记，有可能就会给回装时带来不必要的麻烦，甚至导到回装不上或者错误回装后舱盖打不开、关不上，更谈不上发挥水密功能的作用了。
在修理过程中, 维修人员通常要特别注意以下几个问题的针对性处理。
一是舱盖板或骨架结构变形矫正,可以进行机械矫正和火工矫正。
深水海底管道的抗压溃屈曲性能试验研究
深水海底管道的抗压溃屈曲性能试验研究牛爱军;牛辉;苑清英;黄晓辉【摘要】为了明确深水海底管道的抗深水压溃性能,防止管道发生压溃屈曲及屈曲扩展破坏,采用有限元模拟及实物管件外压测试试验的方法,对开发的X70钢级Φ914 mm×36.5 mm规格深海用厚壁直缝埋弧焊接钢管管件在35 MPa均布外压载荷下的抗深水压溃屈曲性能进行了试验研究.深海高压模拟试验舱外压测试试验表明,管件在不承受内压的条件下,最大外压加载至35 MPa,并保压15 min,管件无失稳、凹陷或压溃现象,管件的变形属于弹性变形.研究结果表明,试验管件的强度能够承受35 MPa的静态外压载荷,具备抵抗相当于3500 m水深的海底管道的压溃屈曲能力.%In order to define the crushing resistance of deepwater submarine pipeline, prevent pipeline crushing buckling and buckling propagation destruction. The test research on resistance to crushing buckling performance of the developed X70 steel grade Φ914 mm ×36.5 mm thick wall SAWL pipe fittings (used for deepwater submarine pipeline)were studied, at 35 MPa uniform external pressure loading, by adopting finite element simulation and real pipe fitting external pressure test. The external pressure test of deep-sea high pressure simulation experiment cabin showed that the maximum external pressure load to 35 MPa without internal pressure, and the pressure holding for 15 minutes, without unstability, concave or crushing phenomenon appeared on fittings and the deformation of fitting belongs to elastic deformation. The experiment results indicated that the strength of the test fittings can withstand 35 MPa static external pressure load, possesses the capacity ofresistance to crushing buckling of submarine pipeline equivalent to 3500 meters water depth.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2017(040)005【总页数】6页(P8-13)【关键词】深水海底管道;压溃;屈曲;有限元分析;外压【作者】牛爱军;牛辉;苑清英;黄晓辉【作者单位】国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院,陕西宝鸡 721008【正文语种】中文【中图分类】TG335.5Abstract:In order to define the crushing resistance of deepwater submarine pipeline,prevent pipeline crushing buckling and buckling propagation destruction.The test research on resistance to crushing buckling performance of the developed X70 steel grade Φ914 mm×36.5 mm thic k wall SAWL pipe fittings（used for deepwater submarine pipeline）were studied,at 35 MPa uniform external pressure loading,by adopting finiteelement simulation and real pipe fitting external pressure test.The external pressure test of deep-sea high pressure simulation experiment cabin showed that the maximum external pressure load to 35 MPa without internal pressure,and the pressure holding for 15 minutes,without unstability,concave or crushing phenomenon appeared on fittings and the deformation of fitting belongs to elastic deformation.The experiment results indicated that the strength of the test fittings can withstand 35 MPa static external pressure load,possesses the capacity of resistance to crushing buckling of submarine pipeline equivalent to 3 500 meters water depth.Key words:deepwater submarine pipeline;crushing;bucking;finite element analysis;external pressure近年来，世界石油勘探重点已由陆地转向海洋、浅海转向深海，深水和超深水的油气资源的勘探开发已经成为世界油气开采的重点领域，深水海底管道也已成为深海油气开发工程的重要组成部分[1-2]。
考虑非线性效应的浅水亚临界航速船舶水压场数值计算与分析
采用 有 限水 深格 林 函数方 法 ，系 统开 展 了潜艇 、水 面舰 艇和 气 垫船水 压 场 的理论 建模 和数 值计 算 工作 ； ， 得 出 了开 阔海 域 船舶 水压 场 的解 析解 ， 并进 行 了试 验研 究 ； ２ ０ ０ ７年 Ｌ ａ ｚ ａ ｕ ｓ ｋ ａ ｓ ［ １ ０ 基 于 Ｋｅ ｌ ｖ ｉ ｎ源 格 林 函数法 对一 艘 ５ ９ ０ ０吨 驱逐 舰 的水底 压 力进 行 了计 算 ；２ ０ １ １年 缪涛 ［ １ １ － １ ２ １ 等 利用 面 元法 计算 了有 限水 深船 舶在 水底 引起 的压力 分布 。上述 文 献大 多未 考虑 非 线性 效应 和岸 壁 影 响 ，本 文 将基 于 所建 立 的考 虑 非线 性 效应 的浅 水船 舶 水压 场 理论模 型 ，采 用 有 限差分 法对 亚
５ ５卷
第１ 期（ 总第 ２ ０ ８ 期）
中
国
造
船
、 ， ０ １ ． ５ ５ Ｎｏ ． １（ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ２ ０ ８ ）
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ３ 月
Ｓ ＨＩ Ｐ ＢＵＩ ＬＤｎ Ｇ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文章编号： １ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ４ ）Ｏ ｌ － ０ ０ １ １ － ０ ８
学 的理 论方 法也 可用 于 开展 船舶 水压 场 的研 究 。１ ９ ８ ５年 Ｅ ． ＭＯ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ 利用 有 限水深 兴波 源 势方法 ，通 过 在船 舶 纵 向剖面 上布 置源 汇 ， 提 出 了薄 船 、 线 性 自由表 面 条件 下船 舶水 压场 的计 算 公式 ； １ ９ ９ ６年 Ｔ ｕ ｃ ｋ 【 ２ 基 于渐近 匹配展 开法 ，得 到 了浅 水 薄船水 压 场 的一个 近似 解 ； Ｉ ． Ｓ ａ ｈ ｉ ｎ 和 Ｍ． Ｃ． Ｈ ｙ ｍａ ｎ 、 Ｔ ． Ｃ． Ｎｇ ｕ ｙ ｅ ｎ 等ｐ 】
基于标准声源的有限水域试验场声传播特性试验研究
基于标准声源的有限水域试验场声传播特性试验研究仪修阳;周其斗;谢志勇【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)019【摘要】舰艇噪声控制实验中,为保证模型和实艇的声学相似性,增大模型比例是关键,实际上,大比例舰艇模型的声学实验很难在消声水池中进行,因此,天然有限水域试验场成为首选.在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理至关重要.天然有限水域边界条件未知,水文环境及声传播特性复杂,仿真难度高,增加了水声信号的处理难度.基于标准声源试验研究某有限水域试验场的声传播特性,实质上是把水下辐射声压级测量值归一到距标准声源单位距离处的声压级,采用AcTUP软件对试验场的沉积层声学特性和水位选取原则进行探究,并基于射线声学理论对声压级试验值和理论值的偏差进行非相干分析,从而得到试验场基本声学参数对声传播特性的影响规律.【总页数】8页(P206-212,231)【作者】仪修阳;周其斗;谢志勇【作者单位】海军工程大学舰船工程系,武汉430033;海军工程大学舰船工程系,武汉430033;海军工程大学舰船工程系,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】O427.9【相关文献】1.基于欧Ⅲ标准的某型号汔油机稳态排放特性试验研究 [J], 张鹏奇;马文中;刘明;王银燕2.沉积层面貌和温度主导的声速变化对有限水域试验场声传播特性影响的仿真研究[J], 仪修阳;周其斗;吕晓军3.有限水域试验场声传播特性的仿真计算与试验 [J], 仪修阳;周其斗;吴祥兴4.基于NAH的变速箱声源识别及辐射特性试验研究 [J], 项昌乐;陈福忠;刘辉;张喜清5.基于双端口声源特性测试方法的离心泵水动力噪声试验研究 [J], 孙玉东;钟荣;王锁泉;郝夏影;王晶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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A辑第17卷第6期 水动力学研究与进展 Ser.A,Vol.17,No.6
2002年12月 JOURNALOFHYDRODYNAMICS Dec.,2002
文章编号:100024874(2002)0620720209
有限水深船舶水压场的实验研究Ξ
张志宏, 顾建农, 郑学龄, 龚沈光(海军工程大学,湖北武汉430033)
摘 要: 对航行船舶在水底引起的压力分布进行了系统实验研究,分析了压力系数峰值大小、位置等参数的变化规律,总结出了亚临界航速和超临界航速条件下的船舶水压场分布特征。关 键 词: 有限水深;运动船舶;水压场;亚临界航速;超临界航速中图分类号: U661.1 文献标识码:A
1 引言船舶水压场是航行船舶在水中引起的压力变化,这里的船舶水压场特指航行船舶在水底引起的动压变化分布,研究航行船舶在水底引起的压力变化对其自身安全航行有重要意义。船舶水压场与船型、航速、水深、横距、海区、岸壁等影响因素有关[13],采用船舶水动力学
理论,可建立用于计算船舶水压场的数学模型。但是,所建立的数学模型是否合理以及计算结果是否准确需要有实验结果的验证。为此研制了一套由微差压传感器、静压平衡及实时标定装置、二级放大器、A/D转换器、站位控制电路等构成的实验室专用船模水压场测量系统,该系统具有测量误差小、分辨率高的特点。
2 测量系统的关键技术根据相似理论,船模和实船两系统除了要满足几何相似外,还需满足重力相似即佛鲁德数(F
h数)相等准则。在此条件下,利用模型实验得到的水底动压变化Δpm
可直接换算到实船
上,即实船的水底动压变化Δp为:
Δp=Cl・Δp
m(1)
Ξ收稿日期: 2001211228
基金项目: 国防科技重点实验室基金项目(99JS22.2.1.JB1103)和船舶工业国防科技预研基金项目(00J44.5.10)作者简介: 张志宏(1964),男,副教授,博士。
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.式中Cl为实船与船模的几何尺度之比。在正常的巡航速度和百m水深范围内,实船的水底动压变化一般在几百Pa范围内变化,由于风浪、海流、潮汐等环境水压场的干扰,准确测量实船水底的压力分布有一定困难。在实验室条件下,由于船模尺度较小,依据(1)式得知模型的水底动压一般在几Pa到几十Pa范围内变化。在几万Pa的水池静压背景作用下,测量出水底几十Pa乃至几Pa的动压变化,是本系统测量的难点和关键。采用绝对压力传感器很难达到如此高的分辨率,故选用Honeywell公司的压阻式高精度微差压传感器,内设前置放大器。差压传感器的一端用于测量水底压力,直接与水接触,另一端用于连接静压平衡系统(如图1),由于该端口不能直接与水接触,故采用空气隔开。在正式测量前可调整静压平衡系统,
以使差压传感器两端压力相同,故能保证测量出的结果是水底的动压变化。
图1 静压平衡系统及标定装置通过旋转螺杆可以精确调整传感器两端的静压平衡,此外,由于螺距值已知,故可通过旋转螺杆提升或降低水柱高度来对测量系统进行标定。在水压场测量过程中,通过在运动船模上使用红外发射管,岸边布置接收管,还可准确测定船艏、船艉距离差压传感器的位置,由此可以得出沿船长纵向的水底压力分布,如果在垂直船舶运动方向不同横距的位置上布置若干个压力传感器,则由一个航次便可得到航行船舶在整个水底引起的动压分布。整个系统的水压测量误差不超过1%,系统分辨率为1Pa。
3 实验结果
3.1 船模尺度实验采用两种船模(模型A和模型B),具体参数见表1。
表1 船模的主参数船模设计水线长(m)型宽(m)吃水(m)纵向棱型系数排水量(kg)
模型A
模型B
4.21.60.420.300.1350.0820.600.59129.618.3
127张志宏等:有限水深船舶水压场的实验研究
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3.2 船舶水压场纵向通过曲线特征参数图2为模型A在无因次水深h/L=0.2、F
h=0.
418
时龙骨正下方的典型船舶水压场纵
向通过特性曲线。
图2 船舶水压场纵向通过特性曲线定义:压力系数Cp=
Δp
0.5ρV
2
;无因次的纵向距离和横向距离分别为x(x=x/L)和
y(y=y/L);水深佛鲁德数F
h=
V
gh。式中:Δp为舰船在水底引起的压力变化;ρ为流体密
度;V为船速;L为船长;h为水深;g为重力加速度。低亚临界航速船舶水压场纵向通过曲线如图2所示,一般在船艏和船艉附近出现正压峰值Cpmax1、Cpmax2,在船舯下方出现负压峰值Cpmin。通常负压区呈现“V”型分布,但对肥胖船型和极浅水情况,负压区有时也呈现“W”型分布。由于峰值相对船舯的位置对舰船自身安全航行有重要影响,为分析方便,用Lpmin表示负压峰值与x=0处的无因次距离,并用Lpmax1、Lpmax2表示船艏正压峰值和船艉正压峰值与x=0处的无因次距离,而Lp0
表示船体下方负
压区压力系数跨零点之间的无因次距离。3.3 负峰压力系数随水深佛鲁德数变化规律船模A的负峰压力系数Cpmin随水深佛鲁德数Fh的变化规律如图3图7所示,水深由h
=0.1L变化到0.5L。对船舶水压场而言,水深佛鲁德数Fh是一个重要参数,Cpmin随Fh
的
变化规律明显。在低亚临界航速和高超临界航速时,Cpmin变化较小,而在跨临界航速(
F
h=
0.61.4)范围内,Cpmin变化较快,特别是在近临界航速附近(Fh=0.81.2)时,Cp
min
变化迅
速。从图3图7中还可看出,随着水深增加,负峰压力系数曲线的峰值朝低亚临界航速方向移动;而在相同水深条件下,随着横距增加,负峰压力系数曲线的峰值朝临界航速方向移动。图8是船模B在水深h=0.1L时的负峰压力系数Cpmin随水深佛鲁德数Fh的变化曲线。3.4 负压峰值位置后移变化规律低Fh数时,船舶水压场纵向特性曲线的负峰压力系数Cpmin在船舯靠后处,位置比较稳定,这主要取决于船体的横截面面积分布;而当Fh数增加时,负峰压力系数将向船艉方向移动,并有可能移至船艉之后,这与舰船兴波现象有关。水深较小时,负峰压力系数在近临界航速(Fh=0.81.2)时迅速后移;随着Fh增加,后移
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图5 图6
图7 图8
也进一步增加,但后移幅度与横距有关;横距越大,后移幅度越大。如图9、图10所示。水深增加时,负峰压力系数明显后移的水深佛鲁德数也随之提前,如图1113所示。3.5 负压区压力系数跨零间距Lp
0
随Fh数的变化规律
根据负压区压力系数跨零间距Lp0和船速大小,可以确定负压持续时间,该持续时间是影响船舶自身安全航行的另一重要因素。在水深较小时,低亚临界航速范围内的压力系数跨零间
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图11 图12
图13
距Lp0变化较小,但在近临界航速附近(Fh=0.81.2),Lp0将会有大幅变化,而在超临界航速时,Lp0反而有所减小,如图14、15所示。当水深增加(h=0.30.5L)时,在亚临界航速范围内,Lp0近似在0.81.2之间变化,如图16所示。如果仅考虑y=0时的压力系数跨零间距Lp0随水深和Fh数的变化规律,从图17可以看出,在Fh<0.8时,Lp0近似在0.750.95之间变化。事实上,在浅水、薄船、亚临界航速条件
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下,通过理论分析可以得出Lp
0=0.
835,
可见理论结果和实验结果是一致的。
图16 图17
3.6 正压区压力峰值系数随F
h
数的变化规律
船艏正压峰值系数Cpmax1在F
h<0.8时变化较小,在Fh=0.81.2时变化迅速,
而当
Fh>1.2时,Cpmax1
变化趋于平缓,如图18、19所示。
图18 图19
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