船舶阻力第4章船模阻力试验.ppt

船舶阻力第四章 船模阻力试验 船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法。目前 船舶设计中应用的优良船型资料、估算公式和 图谱等绝大多数是由船模试验结果得到的。 近年来，虽然计算流体力学等发展迅速，但理 论计算结果和新船型的设计是否能取得预期的 效果都需要船模试验来验证。因此，船模试验 仍然是船舶性能研究中最普遍和最有效的方法 1 4-1 船模试验的目的和设备 一、试验目的 主要研究船模在水中等速直线运动时所受到的 作用力及其航行状态。 1、船型研究； 2、确定设计船舶的阻力性能； 3、预报实船性能；4、系列船模阻力试验； 5、研究各种阻力成分试验； 6、附体阻力试验；7、流线试验； 8、航行状态的研究。 2 1、重力式船模试验池 重力式船模试验池是早期用于进行小船模阻力 试验的简陋设施。 重力式船模阻力试验是在给定阻力情况下，测 定相应的船模速度。这种水池仅能进行小船模 的阻力试验，无法满足现在对船舶性能研究的 需要，因此已基本淘汰。 二、船模试验池 3 2、拖车式船模试验池 4 1、实现全相似的条件 若满足傅汝德数相等，则有： 三、船模阻力试验的依据 若满足雷诺数相等，则有： 5 若傅汝德数和雷诺数同时相等，则有： 假设，缩尺比为36，则有： 结论：满足全相似条件是不现实的。 6 2、试验职能按部分相似的情况下进行 事实上不能若满足雷诺数相等，因为： 假设运动粘性系数相等，则有： 7 实际上，船模阻力试验都是在满足重力相似条 件下，即满足傅汝德数相等的情况下进行。 在满足傅汝德数相等的基础上，尽可能的兼顾 满足粘性相似。船模试验的雷诺数必须在2*106 以上。 实际上，要在船首处安装激流装置，使船体边 界层中的水流处于紊流状态。 8 4-2 船模与实船的阻力换算 一、二因次换算法 1）假定船体总阻力可以分为摩擦阻力和剩余阻 力两部分，且摩擦阻力和剩余阻力相互独立。 1、假定 9 2）相当平板假定：假定船体的摩擦阻力等于同 速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。 2、二因次换算关系 10 3、二因次法的不足之处 1）忽略了摩擦阻力和剩余阻力之间的相互影 响，而事实上，两者互相之间由于影响。但 一般认为影响较小，且目前无可靠的计算方 法，所以在工程应用中忽略不计。 2）将摩擦阻力和粘压阻力这两种不同性质的 力合并为剩余阻力，且认为符合傅汝德比较 定律，在理论上是不恰当的。 11 3）用相当平板的摩擦阻力来代替船体摩擦阻 力，误差是必然存在的。 注意：二因次法虽有不足之处，但由于误差 较小，尚能比较准确的满足工程实际需要， 故此方法具有工程应用价值，曾被广泛采用 ，现在仍被一些试验池继续采用。 12 二、三因次换算法 1）粘压阻力和摩擦阻力合并为粘性阻力并 与雷诺数有关。 1、基本思想 2）兴波阻力与傅汝德数有关。 3）根据船模试验结果，认为粘压阻力系数 与摩擦阻力系数之比是一常数k，则有： 13 15届IITTC推荐的（1+ k ）法计算式： 2、三因次换算法的阻力换算关系 1）无舭龙骨时： 2）有舭龙骨时： 14 三、两种方法的比较 1、二因次换算时，摩擦阻力有相当平板公式计 算，模型试验所要解决的是船模的剩余阻力。 2、三因次换算时，摩擦阻力有相当平板公式计 算，模型试验所要解决的是船模的兴波阻力和 形状因子（1+ k ）。此法更完善。 15 4-3 几何相似船模组试验 1、验证傅汝德假定的正确性 集合相似船模组试验是指几何相似而大小不 等的一系列船模的总称。作用有 2、确定形状因子 3、研究推进效率中各成分的尺度作用 16 一、验证傅汝德假定的正确性 17 2、确定形状因子（1+ k ） 18 19 3、比较不同算法的合理性 20 4-4 船模阻力数据表达法 为了对所设计的船舶能更方便地进行船 体阻力换算以及不同船型之间比较阻力 性能的优劣，需要将船模试验所得的阻 力（或功率）与速度之间的关系，以一 定的参数、恰当的形式来表达，这称为 船模阻力系数表达法。 21 一、泰洛表达法及其换算关系 1、 22 2、 23 二、傅汝德圆圈系数法及其换算关系 1、速度表达系数 速度系数： 24 2、阻力表达系数 3、船体几何尺度表达系数 25 三、比较不同船型的阻力系数 只有对大小 相同的船舶 ，在相同 的条件下才 能准确地判 别船型的优 劣。 1、傅汝德表达法比较阻力性能 26 27 2、泰洛表达法比较阻力性能 由于 表达法只要换算到相同 船长情况下的对应曲线，就可以比较不 同船型的阻力