[精品]三体船船模试验研究

1、三体船船模试验研究随着常规船型的日益完善，为了突破速度的限制，高速高性能船已经成为人 们关注和研究的热点，其中阻力性能及船型优化是和航速最直接相关的。船体在 静水中运动时所受到的阻力与船体周围的流动现象密切和关，首先，由于水的粘 性，船舶在运动过程中会受到摩擦阻力的作用。其次，由于水的粘性和船体型线 曲率的变化，会在船体首尾形成压力并，从而使船舶受到粘压阻力的作用。另外, 在考虑口由表面的情况下，船在静水中运动的过程中将兴起波浪，因此船舶在行 进过程中也会受到兴波阻力的作用。摩擦阻力、粘压阻力、兴波阻力就构成了船 体的总阻力。在排水型水面舰船的阻力研究中，如果能准确的预报船体的阻力、 给出流场

2、特性进而优化船型减小阻力，这将对高速高性能船的研究产生乜大的推 动作用。三体船是由一个主体和左右片体组成，其中主体比普通单体船瘦长很多，长 宽比介于12到18之间。由于采用细长主体,使得其在高速航行时的兴波阻力大 大减少。理论计算和模型试验均表明主船体和侧体间的兴波干扰对三体船的阻力 有较大的影响，如果侧体位置适当，有可能大大减小兴波阻力。三体船湿表面面积 较单体船稍大，如果能通过侧体位置的优化,使得在较高速度航行时的兴波阻力 减小，降低总阻力，那么三体船的侧体位置优化布局就更显重要。口水池出现以來，船模试验就成为了船舶阻力性能研究的主要方法。船模试 验一般就是在实船的基础上，按照一定的缩尺比

3、缩小制作船模，然后把船模试验 的结果经过相应的阻力换算，便得到实船的阻力值。该方法直观、简单、实用。 然而，由于船模尺度效应和换算方法的影响，试验结果还是有一定的误差；而且, 作一次试验也要耗费较大的财力和人力。1.直侧体和斜侧体的二体船模型试验木次试验具体尺寸如卜"表主体和侧体船型参数船型参数水线长l (mm)船宽b (mm)设计吃水t(mm)主体262917391侧体7003050侧体纵向位置由侧体屮心到主体尾垂面的距离来确定:纵向距离是0. 34l；横向 位置市侧体中心到主体中心的距离确定：横向距离是1.734b(本文中所有的主体 屮心指的是主体屮纵剖面、屮横剖面和水线面的交点

4、，侧体屮心指的是侧体屮纵 剖面、中横剖面和水线面的交点)。在本次试验中完成了两种情况的测试；一个 船型是垂直侧体，即侧体和水平面是垂直的；另一个船型是倾斜侧体，侧体的屮 纵剖面和铅垂面成14度角向内侧倾斜。这两种情况的主体船型、侧体位置都是 相同的。1.1试验目的和试验的设备、步骤试验口的：该试验是为了测试两种船型的阻力性能，并加以比较，考察侧体 倾斜对阻力性能的影响；同时为船型优化提供一定的依据，为数值模拟提供一个 数据参考。试验的设备：该试验是水池进行，除水池以外还用到了拖车、适航仪、数据 采集器以及其他的仪器。试验步骤： 对船模进行配重，使其达到排水量、浮态的要求。 安装适航仪、船模。

5、清理水池水而、轨道。 按预定的速度进行试验。阻力试验的速度点是0. 7m/s 1.0m/s、l4m/s、1. 7m/s> 1. 8m/s> 2. om/s> 2. 4m/s> 2. 7m/s> 3. om/s> 3. 35m/s> 3. 7m/so1.2试验结果的处理和分析在本次试验中分别测试了两种船型的11个速度点的阻力值，经过处理结杲 如下表速度(m/s)fr斜侧体阻力r1 (n)直侧体阻力r2 (n)0.7000.1380.9430.8341.0000.1971.8481.6971.4000.2763.4353.326l7000.3354.701

6、4.6401.8000.3545.0515.0722.0000.3946.3466.4162.4000.4739.6699.7512.7000.53212.20212.4193.0000.59114.74715.1373.3500.66018.09218.2373.7000.72921.21321.817根据以上的阻力试验值可以绘制出fr-r的曲线，如卜图所示:由图我们可以看出：总的来说，斜侧体和直侧体的阻力值差别不大，但还是 有些不同；在低速的时候，斜侧体的阻力要比直侧体的阻力略大，而在高速段， 斜侧体的阻力要比直侧体的小一些。出现这种现彖的原因是:在低速时，由于影 响阻力变化的原因很多诸如

7、湿表面积的变化、浮态的改变、流场的扰动等等，因 此对阻力变化的确切的解释有待进一步研究。在高速时，船的兴波对船体阻力的 影响较大，由于侧体的倾斜，船体会受到一定的升力，使得船体的航态有利于减 小船体阻力，另外，由于升力作用，湿表面积也会有所减小，因此在高速时斜侧 体的阻力要比直侧体的阻力小一些。2 侧体位置变化对三体船阻力的影响根据侧体纵、横向位置的变化，初步确定了三体船的9个方案。理论计算结 合模型试验考察了齐个方案的阻力性能，总结了齐速度段侧体布局的有利位置。 侧体相对主体位置方案如下表所示横向位置（cl）纵向位置丿18 65& 650112 51479s 825887. 5369

8、其屮，三体船主体作为单体船方案标记为方案0。下图给岀了主体水线船长傅汝徳 数fn =0. 394情况下各方案的总阻力系数的变化情况，其中摩擦阻力系数的计算 根据ittc公式，形状因子取为仃+k =1. 1）, ct =rto. 5p u2sfn二0. 394时三体船各方案总阻力系数比较上图可知，采用michell理论计算得出的三体船各方案总阻力系数基本反映 了模型试验趋势，侧体横向位置的变化对三体船总阻力的影响比较小，而侧体纵 向位置对三体船的总阻力影响较大，在当前傅汝德数下对应方案7、8阻力性能 较优。下面一组图反映了保持侧体横向位置不变而改变侧体纵向位置时三体船的 总阻力变化情况。/77c

9、l =95. 8时三体船总阻力试验与计算曲线cl =87.5时三体船总阻力试验与计算曲线根据上面这组图可以看出，理论计算和模型试验均反映了随航速增加侧体纵 向位置向后移动对三体船阻力性能有利，而较低航速时侧体向前布置对阻力性能 较好些。三体船侧体与主体十扰的兴波阻力上图给出侧体尾部与主体尾部平行吋，理论计算侧体和主体间干扰的兴波阻 力rwol,在傅汝德数超过0. 32后侧体与主体间产生更有利的兴波干扰。3.结论 侧体位置变化对三体船阻力性能的影响较大，尤其是侧体纵向位置的变 化，而且在不同速度段内有不同的阻力性能较优三体船方案即不同的侧体纵横向 位置。 上面组图小8出示了侧体纵向位置对三体船总阻力的影响，在fn =0. 30. 35的较低速度段侧体位置向而对三体船阻力性能更有利，而在eno. 4的较高速 度段侧体位置向后对三体船阻力性能更有利。 尽管两个侧体的排水体积仅占三体船的6. 68%,而两个侧体的湿表面积却 占三体船的20