[科普中国]-船模阻力试验

船模阻力试验简介

船模阻力试验是用与实船几何相似而尺度缩小的船模，在满足傅汝德数相等的条件下，于水池中进行拖曳试验，以确定其阻力和速度的关系，并进一步把试验结果换算至实船。

船模试验池为一狭长的水池，其尺度视船模的大小和速度而定，配备有拖动设备和各种测量仪器以测定船模在不同速度下的阻力值。试验池中的水一般均用淡水，以避免海水的腐蚀作用。根据拖曳方式，分有拖车式水池和重力式水池二种。拖车式水池是船模由装在池边二根轨道上的拖车拖曳，如图1所示为拖车式船模试验池构造示意，各种测量和记录仪器均装在拖车上，试验时，是已知速度，求其阻力。拖车式水池可以采用较大的船模，从而可减少尺度效应的影响，所谓尺度效应就是由于模型尺度不同而得到不同试验结果，也就是由于尺度上的差异形成不同效应的现象。重力式水池是靠重量下落来拖动船模，重量就是船模的阻力，同时记录船模被拖动一定距离所需的时间，就可测得相应速度，也就是已知阻力求其速度。重力式水池的特点是水池小，设备简单，建造成本低；其缺点是船模尺度小，尺度效应较大。

船模有木模和蜡模两种，前者轻而坚固，不易变形，但加工费时，成本较高；后者易加工，便于改型，但不宜久藏。2

系统船模阻力试验系统地改变某些船型参数的成套船模阻力试验。对船型的各种参数作一系列系统的改变，试验其在不同速度时的阻力，将试验结果用图谱形式发表，供船舶设计学使用。最著名的系列冉几模阻力试验有早期的泰洛标准船模系列和后来的陶德系列57和系列60等。国内外也有许多造船工作者进行系列船模阻力试验研究，并以图谱或回归公式发表。系列船模试验的内容很多，如系列变化排水量长度系数，该系数是表示船体肥瘦，长短的重要参数；系列变化棱形系数、方形系数、中横剖面系数等。对一定排水量和长度的船，棱形系数大者表示排水量平均分布于船的全长而两端较钝，小者则表示排水量集中于船的中部。若排水量、长度和棱形系数已定，改变其宽度并相应改变吃水，可得到不同的宽度吃水比对阻力的影响。也可改变平行船体、最大横剖面位置和横剖面面积曲线两端的形式，或改变船首和船尾形式等，进行系列试验。3

船模试验水池船模阻力试验主要是研究船模和流体作相对的等速直线运动时所作用的力。从原理上来说可以有两种方法：一种是船模不动流体在它周围流过，另一种是船模运动而流体不动。前者如循环水槽．后者即拖曳水池。对船模阻力试验而言，目前最常用的是拖曳水池。

拖曳水池狭长，船模或推进器模型通过拖曳装置在水池中作等速直线运动，测量各拖曳速度时的船模阻力、推进器推力、转矩和转速。水池一端装有造波机，可造各种波长和波高的长峰规则波或不规则波，以测量船模在波浪中的阻力增值及各项运动参数。拖曳水池按其试验

要求可分以下几种：

1．深水池

深水池是最普通和常用的拖曳水池，除可做船模阻力试验、推进器模型敞水试验和船模自航试验外，还可做伴流试验、流线试验及船模在长峰规则波或不规则波中迎浪和随浪的耐波性试验等。

2．浅水池

水池较浅(约1m左右)，并可根据需要调节水深，以便进行不同浅水效应下的船模快速性试验。

3．高速水池

其特点是池宽较小，拖曳车重量轻、速度高。专供高速艇(如滑行艇、气垫船、水翼艇等)模型试验用。

4．减压(真空)水池

它是一种密封的拖曳水池，通过抽气装置，可降低池水表面的空气压力，使船模试验时除满足比例参数与实船相等外，还可使两者的空泡数相等，适用于发生空泡条件下的模型试验。4

试验状态及过程试验状态阻力试验状态一般有以下3种状态：

a．裸体船模阻力试验——船模上不装附体，其目的是确定船型本身的阻力。

b．带附体的船模阻力试验——船模上装有附体，其目的在于确定装附体后阻力的增值。

c．自航试验前的阻力试验——船模上装有附体(不包括推进器尾流中的舵)，其目的在于确定供自航试验分析用的阻力值。4

试验过程池水应保持清洁，第一次拖曳前应进行破水。为避免残留水速的影响，两次拖曳之间应有一定的时间间隔。试验时，船模的中纵剖面应与前进方向保持一致，为防止偏航丽在船模首、尾安装的导航装置不应妨碍船模的纵向和垂向运动。拖力的作用线应位于中纵剖面内并保持水平，拖点的高度位置应在水线面附近。每次阻力试验的试验点应不少于15个，且要均匀地分布。采用强迫自航方法时，应至少要有4组试验速度(实船试航速度应在其范围内)，各组的速度间隔也应较为均匀。4