[科普中国]-船模拖曳试验水池-

船模试验

以设计的船体型线的一定比例制成模型在水池中进行的模拟试验。用以换算测定船的阻力、推进效率、摇摆和操纵效能等航行性能。专供船模试验的水池称“船模试验水池”。2

船模试验池船模试验池乃一狭长的水池，配置设备，以拖动船模并测量其在不同速度时的阻力。为避免海水的腐蚀作用，试验池都采用淡水试验。

试验池的尺度主要视船模的大小和速度而定。试验池的长度根据船模可能达到的最高速度决定。当每次试验开始时，为达到一定的均匀速度需要一段加速时间，然后接着一段时间是船模照此均匀速度前进并在这段时间内进行测量，在试验终了前的一段减速时间内应用制动器使船模停止。船模速度越高，这些一段一段时间将越长；加速和减速时间可用机械方法尽量缩短，但进行测量有一定的最短时间，这段时间与船模速度无关。试验池的宽度和深度应与船模大小配合，使船模以其最高速度试验时不致发生明显的池壁干扰而影响阻力。1

试验池拖车通常试验池装有四只车轮的拖车沿试验池两边的轨道上行走，如图1所示。拖车有不同用途：首先作拖曳船模用，保持其一定方向，加速达一定速度，当测量数据时保持其一定均匀速度，在每次试验终了时将其制动并拖回到起点。第二，各种测量和记录仪器都装在拖车上，例如决定船模拖曳阻力的阻力测力仪，保持船模方向并在试验过程中记录平行下沉和纵倾的纵倾仪，自动记录船模速度的光电测速仪。最后，在拖车上有一套交直流发电机组装置以供应试验时所需的电流，一套摄影设备供拍摄船模运动时的照片以及为工作人员工作方便计的地板和长桌。拖车整体应在任何速度时不生振动。为了拖车在轨道上能保持其直线运动方向，在一侧轨道的两边一平面上常装设四对横向导轮作防止拖车运动方向偏斜。两侧轨道都有一刨平工作面。另一侧轨道另有两垂直刨平面供导轮用。这种试验池可叫拖车式船模试验池。

为保证当进行测量时拖车维持一定的均匀速度，按装轨道必须十分细致使其工作面平行于水平面约在0.1毫米以内，并对供应拖车的电源用电子控制使其电压保持常数。

在进行测量工作时，拖车速度，也就是船模所达到的速度，是由光电测速仪自动记录。船模的阻力用阻力测力仪测量，此仪器实际上是一精密的天平，如图2所示。大部分船模阻力用图中砝码盘上的砝码重量支持，其余小部分由弹簧平衡，所以用弹簧测量所可能产生的误差仅限于总阻力的小部分，以增加其精确性。弹簧常数可用已知的重量放在校验盘靠近船体水的运动方向可在相应速度下的船模试验来测定。我国习惯采用在船模上敷涂油漆的方法。在附体设计时常需进行此项试验，使附体可按照水流方向装置。图3所示的是一个典型的例子。通常船首水面部分的水流约略沿波面或水线运动。在船首水面以下部分的水流，一部分流经舭部下缘后，沿纵剖线流向船底，经过船中央部分后，由船底再沿纵剖线上升；另一部分流向船底边的水流约略沿对角线运动；至船尾部水流都渐平坦。

进行首次阻力试验后，常改变许多船模的形状后再次进行试验。从这些比较试验获得的知识常很有用，特别是将改变形状前后的阻力差别与靠近船体水流方向的相应变化联系起来，如研究减少或避免船首舭涡的情形。利用循环水槽，如图4所示，即将船模固定不动而使水流经船模，则对观察水流甚为方便。在循环水槽的底部和两侧设有许多观察窗。通常由船模中的小孔喷出染料或使塑料细丝垂向固定于船模表面使水流显然可见。1

船模船模一般分蜡模和木模两种，前者用石蜡浇铸，后者用木板胶压制成。与木材比较，石蜡模型较易加工，用后可再融化作浇制新模型用。但在夏季蜡模有较易弯曲而变形的缺点，也不如木模可以久藏。

石蜡中一般另加3%至4%蜂蜡使其不太脆。在融蜡炉中融化时，不宜对其直接加热，而可通过水的媒介，布置在石蜡的周围和底下，然后对水加热使石蜡到达融点。蜡模制成后在试验开始前，必须浸在水中若干小时。新蜡模浸入水中在模型表面常产生小气泡，模型阻力较大，浸过一定时间后，阻力稳定。1

研究问题船模试验池常配置特种设备，以研究例如下列诸问题：

(1)推进器设计；

(2)船体与推进器间的交互作用；

(3)汹涛的作用；

(4)操纵性；

(5)稳性和摇摆；

(6)强度和振动。1

类型高速船模试验池为减轻拖车的重量计，拖车上仅装置测量仪器而将驱动马达装在陆地上，用钢丝绳拖动拖车。这种试验池可叫绞车式船模试验池。

不少小型船模试验池没有拖车而常借重量下落的作用以拖动船模，并测量其相应的均匀速度。这种试验池可叫重力式船模试验池。可见在重力式试验池中，阻力已知，试验目的在求相当于此阻力时的速度；而在上述的拖车式和绞车式中，速度已知，目的在求阻力。图5是一种重力式船模试验池的简图。1

假底设备不少船模试验池具有假底设备，其与水面的距离可调节，以供作浅水船模试验用。如要进行狭水道船模试验，可在假底上再建造边壁作成狭水道模型。但若假底的结构过轻；则当船模通过时，由于假底上下压力发生差别而可能使其有向上运动，以致引入误差。又在进行浅水试验时，因假底与船池边壁之间留有实际情况不存在的空隙，试验证明在较高速度时发生误差。为了避免上述的缺点，近年来在进行限制航道船模试验时，常将试验池水面放低，同时阻力测力仪也相应下放；也有特建阔而浅的浅水试验池，专供进行限制航道船模试验。1