1872年英国创建第一座船模试验水池

1、水动力学实验的一种设备，是用船舶模型试验方法来了解船舰的运动、航速、推进功率及其他性能的 试验水池，试验是由电动拖车牵引船模进行的，因而得 名（见彩图）船舶、潜艇、鱼雷、滑行艇、水翼艇， 气垫船、冲翼艇、水上飞机和各种海洋结构物等都可 在水池中作模型试验。1872年英国造船学家W.弗劳德在英国托基（Torquay）创建了世界上第一座船模试验水池。一百 多年来世界各国相继建造的拖曳水池已有150余座, 池长超过一百米的约占半数。中国于1954年在上海建 成第一座水池，长70米，宽5米，水深2.5米。中国 船舶科学研究中心于1965年在无锡建成大型水池，长474米，水深7米，试验段池宽14米。水池

2、结构拖曳水池池体为钢筋混凝土结构，一般为矩形（见图）。在两边池壁上铺设轨道，拖车在 轨道上行走。拖车由直流电动机驱动拖曳船模进行试 验。对拖曳速度实行自动控制，保持速度精度03%。 1%。水池横剖面面积（池宽X水深）应超过船模水 线以下中央横剖面面积250倍，池壁效应方可忽略不 计。水池长度根据拖车最高速度而定，包括拖车的加 速段、等速段和减速段的距离。为模拟浅水航行，池 底要平坦，水深可调节。在水池的一端装有可在水池中产生规则和不规则 长峰波的造波机。通过测量船模在波浪中的纵向迎随 波浪运动特性参数，可研究船模的耐波性能。船模外形必须同实船几何相似，可选用蜡、木、 玻璃钢或塑料等材料。为了避

3、免在层流状态中做船模 试验，须采用激流措施。常规方法是在离船模艏柱后 为船艏柱和艉柱之间的长度）处装置一根直径为1毫 米的金属丝；也可采用一排短钉来激流。20世纪70年代初期，荷兰建成一座大型变压拖 曳水池。水池建于密封的结构物内，室内空气可以调 节，气压低达0.03大气压（1大气压=101325帕）。 这样，船模可在同实船相等的空泡数（见空化）下进 行试验。试验示例为了保证船舶和舰艇的航行性能，必 须在拖曳水池中进行各种模型试验。船模阻力试验用拖车等速拖曳船模，用阻力仪 测量船模遇到的阻力，这种试验称为阻力试验。将阻 力试验结果按弗劳德定律换算成相当速度下的实船阻 力，再乘以航速即可算出实船

4、的有效马力。做潜艇和鱼雷的阻力试验时，由于阻力仪是由伸 入水中的支杆（剑）和模型连接的，测得的阻力也就包 括剑阻力在内，必须扣除。为了减小剑阻力，避免波 和飞溅的干扰以提高试验精度，必须在水面处给剑罩 上导流罩。如果采用将测力元件安装在模型上的电测 阻力仪，则测得的阻力不包括剑阻力。螺旋桨敞水试验 把模型螺旋桨安装在敞水试 验箱的前端，箱内的电动机通过螺旋桨动力仪转动螺 旋桨。等速拖曳敞水箱，系统地改变转速，或转速不 变，系统地改变进速vp，由动力仪测量螺旋桨的推力 T,扭矩M，记录速度v和转速n，算得各个进速系数 J=v/nD下的推力系数C =T/p n0，扭矩系数C =TMM /p eD5

5、 （p为水的密度,D为桨直径）和螺旋桨敞水 效率。这种试验称为螺旋桨敞水试验。据此绘成的螺 旋桨敞水特性曲线，可供设计者使用。船模自航试验把模型螺旋桨安装在带附件的 般模艉后面，模拟实船航行状态，称为船模自航试验。 试验时，由装在船模内的电动机通过螺旋桨动力仪转 动螺旋桨推动船模前进；测量螺旋桨推力T、扭矩M、 同时记录速度v,螺旋桨转速n和强制力z（强迫自航 时）。由于实船的雷诺数远较船模相当速度的雷诺数 大，故船模摩擦阻力系数比实船大，亦即船模自航时 的螺旋桨负荷系数比实船大。在纯粹自航试验时，必 须在船模上附加一拉力（此拉力等于摩擦阻力修正值Ra，强迫自航时可在强制力Z中扣除Ra），才能

6、使船模 的自航状态完全对应于实船的航行状态。将试验结果 连同船模阻力试验资料和螺旋桨敞水实验资料进行综 合分析，求出伴流分数叫推力减额t，以及其他有关 系数，就能掌握船体与螺旋桨的相互作用，预报实船在 各种速度时的主机功率和推进性能。其他试验水上飞机在起飞阶段的模型试验与 滑行艇试验方法相似，但在起飞过程中，因为有空气 动力的作用，水动力作用减小，故试验时必须相应地加一向上拉力，以代替机翼的举力。为了模拟飞机降 落状态，也可做飞机模型的撞水试验。在拖曳水池中，还可观察和拍摄流线并对流态进行录像，也可测量船模的兴波,以计算兴波阻力。此 外,可利用多孔皮托管或激光测量船艉或螺旋桨盘面 上各点的流速

7、，计算出船艉伴流分布情况；如在拖车 上设置平面运动机构，则可进行船模运动性能试验。近年来，有些水池在主拖架下装一横向可移动的小车 架，主车架前进时，小车架可拖曳船模作横向运动。这 种车架称为X-Y车架，用它可按照预定航行轨迹作船 模的操纵性试验。上海交通大学船模拖曳水池长300米，宽16米，深 7.5米，拖车最大速度10米/秒，已达到国际一流水平。用人工制造波浪以模拟波浪的一种水动力学实验 的设备。可以在水池水面上用人工吹风模拟天然风； 也可以使池水流动，以模拟海流。可以模拟风、浪、 流三者的水池称为风浪流水池。可用来试验船模,推求船的运动、失速、推进效率 和波浪载荷，也可以用来作各种海洋结构

8、物的有关试 验。这个波浪水池中造成的波都是二元的。两边池壁上 敷设轨道，有一拖车在轨道上行走，拖曳船模，进行 试验。美国海军于1961年建成一座波浪水池（见图波浪 水池示例），长98.3米、宽73米、深6.1米，上 架一座大桥。池的相邻两边装有空气式造波机。大桥 可以转动45，桥上有两根轨道，上面行驶拖车，车 架拖曳船模以各种不同速度行驶，并与波浪成各种角 度进行试验。中国船舶科学研究中心（无锡）于1971年建成一 座同类型的波浪水池，长69米、宽46米、深4米。挪威于1980年建成一座风浪水池，长80米、宽 50米、深010米，流速可达0.2米/秒。池底可以 升降，以模拟不同水深。70年代中

9、，有些拖曳水池在曳引车架下悬挂一小 车架，主车架作纵向行走时，小车架作横向行走。这样, 挂在小车架下的模型沿着指定航向，即与池侧造波机 造出的波浪成一定角度行走。这种形式的车架称为 -车架。船模试验试验时，船模可以由拖车拖动航行，也 可装上螺旋桨自航；可在正弦的规则波上航行，也可 在不规则波上航行。可以用不同的不规则波的波谱模 拟实际海浪的波谱。可作迎浪、随浪以及与波浪成各 种角度航行的试验。近年来有些水池用过渡波（或称瞬 态波）做船模运动试验。过渡波是同一群不同周期的规 则波叠加而成的。经过数据分析，可以求得船模运动 的相应函数。做船模试验时必须遵守相似率，即模型与原型几 何相似、重心相似、惯量相似和弗劳德数相等。造波机的形式主要有三种：空气式、摇板式和冲 箱式。水池造波机对面一侧必须装有消波岸，以消去 来波，避免波浪反射回去，造成干扰。船模纵向运动试验须测船