船模水动力性能试验

11裴玉国大连理工大学船舶学院船池实验室船模性能试验22实验课理论部分耐波性试验四30船模试验概述一船模阻力试验二螺旋桨敞水试验三自航试验五3301020304试验意义试验场地相似律试验仪器设备目录05误差分析不数据处理4401试验意义PARTONE51试验意义61试验意义7108m大型变水深节能型拖网渔船89理论分析数值模拟原型观测模型试验1试验意义101试验意义11物理模型试验的意义和地位丌可替代和其他方法相辅相成，互为补充需要丌断发展和改进12模型试验的不足之处相似理论尺度效应试验方法经验131试验意义141.2船舶模型试验发展151.2船舶模型试验发展161.3船舶模型试验规程171.3船舶模型试验规程18“建设海洋强国是中国特色社会主义事业的重要组成部分。党的十八大作出了建设海洋强国的重大部署。实施这一重大部署，对推动经济持续健康发展，对维护国家主权、安全、发展利益，对实现全面建成小康社会目标、进而实现中华民族伟大复兴都具有重大而深远的意义。”2013年7月中共中央政治局进行了第八次集体学习主题：建设海洋强国191902试验场地PARTTWO202试验场地21重量：13t速度范围：0.05-8m/s速度精度：0.1%2.1船池2223242526272829•耐波性试验中船模所受的水动力主要是惯性力和重力，粘性力相对较小，可以只考虑重力相似，不计及粘性力影响•设计耐波水池的宽度，必须满足船模到造波机之间保持足够的距离，以避免船模的反射波对造波装置有影响•可吸收式造波机的应用2.2耐波性水池30702所耐波性水池•七〇二研究所水劢力学国防重点试验室拥有大型耐波性水池，尺度为69m×46m×4m，配备了三维造波系统，波浪周期0.5s～5s，最大有义波高达0.5m，可以进行全浪向的波浪模型试验以及三维波浪的模拟，完成了国内外大量的波浪模型试验任务，积累了相对成熟的船舶波浪运劢测试技术和经验。耐波性水池配置了从日本引进的浪高仪、加速度和压力传感器，以及从比利时引进的光学运劢测量系统。31约束船模试验在大型的拖曳水池进行，采用平面劢力机构试验，也可在回旋臂水池中进行，通过约束船模试验，可获得作用于船模上的水劢力系数，再进行分析得到，各种机劢下船舶运劢状态和表征操纵的特征参数。自航船模试验可以在实验室进行也可以在湖泊或水库等水面进行，通过船模在某种机劢下的自航试验，可以直接测量出它的运劢状态和表征操纵性能的特征参数。2.3操纵性水池322.3操纵性水池332.4循环水槽342.4循环水槽352.5空泡水筒362.5空泡水筒3738394040表1世界上著名的海洋工程试验水池的简要数据国别荷兰挪威美国加拿大韩国长4580457556宽3650303230水池尺度m水深10.5106.83.54.5长54宽545深井尺度m水深30无16.58.512多向造波机短峰波方向谱短峰波方向谱短峰波方向谱短峰波方向谱短峰波方向谱多向造流速度,/ms0.20.5多向造阵风速度，/ms10多向拖车速度，/ms65建成年代200019901995199019982.6海洋工程水池4141荷兰海事研究中心(MARIN)4242挪威海洋工程研究中心(MARINTEK)4343美国海洋技术研究中心(OTRC)4444韩国海洋研究发展中(KORDI)45上海交通大学海洋工程水池46该泵出水口直径DN1800，流量≥34560m3/h，扬程≥5m，功率630kW，半开式叶片，可调节叶片安装角度改变流量和扬程上海交通大学海洋工程水池474703相似准则PARTTHREE483.1相似定律相似的条件：机械运动相似的系统满足Newton第二定律公式适用于模型和原型中任意对应点ppppdtdumFMMMMdtdumF模型与原型的物理属性相同为同一物理方程所描述dtdumF49•比尺关系：MFpFFMmpmmMupuuMtpttppppdtdumFMMMMdtdumF代入MMMMumtFdtdumF50•必须有牛顿相似准则的导出•质量比尺关系3LMMPPMPmVVmm1umtF3.1相似定律51•特征流速代表各点流速（对应点流速都相似）•代入,满足关系式•牛顿相似准则：•物理意义：tLvu122vLF2222MMMMPPPPvLFvLFMPNeNe两个相似的流动牛顿数相等模型与原型中两个流动的作用力与惯性力之比应相等1Ftmu52模型不原型的流场动力相似，则作用在流场上的各种性质的力（如重力、粘滞力、总压力、弹性力、表面力等）都要服从牛顿相似准则，即各单项力作用下的相似准则）。重力相似准则粘滞力相似准则表面力相似准则非定常性相似准则弹性力相似准则压力相似准则3.1相似定律53–用重力代替Newton数中的F122vLFgVG3LgMPGGG1223vLLg12LgvMMMPPPLgvLgv22重力相似准则Froude相似准则重力相似准则54当采用同一种流体，不可能同时满足重力相似准则和粘滞力相似准则21/21VVllg而粘滞力相似时11VlVlv可知速度比尺不同，也即不能同时满足两种相似。当重力相似时3.1相似定律55重力相似准则在重力作用下相似的流动，其重力场相似。Fr——弗劳德数，惯性力不重力的比值，反映重力影响的相似准数Fr数以英国船舶设计师弗劳德（W.Froude）命名。当模拟具有自由液面的液体流动时，如水面船舶运动、明渠流动等，Fr数是必须考虑的相似准则数。在设计模型和组织模型试验时，在不流动过程有关的定性准则中只考虑那些对流动过程起主导作用的定性准则，而忽略那些对过程影响较小的定性准则，以达到模型流动不原形流动的近似相似。56(1)流速比尺(2)时间比尺5.0LMPMPvLLvvMPgg12Lgv5.05.23LLLQVt重力相似准则各种比尺关系(3)力的比尺3LMMMPPPMMPPFdtdvVdtdvVaMaM57重力相似准则各种比尺关系58船池设备条件耐波性试验考虑船模的自摇周期拖车速度3.2船模制作-比尺5960•材质：金属、木材、玱璃钢、蜡模3.2船模制作6162几何相似重量控制3.2船模制作636304试验设备PARTFOUR64非电测量放大器记录仪器4.1试验设备65配接应变片及应变传感器进行应变测量为应变片和传奇器提供桥压对传感器输出毫伏级电压信号进行放大有的具有低通滤波功能4.1试验设备-应变放大器66•当非电量测量时，由于试验环境复杂，被测信号弱小，因此丌可避免地在测试结果中，包含高频干扰成分，其干扰信号甚至有可能将真正有用的信号淹没。•其作用是对通带内的信号，可以无衰减的通过，对于落在通带外的信号具有强烈的衰减。4.1试验设备-低通滤波器67DH5922动态信号测试分析系统•劢态信号测试分析系统集滤波器，放大器和A/D转换为一体。•可对应变应力、力、压力、扭矩、温度等物理量进行自劢、准确、可靠的劢态测试分析。。•每个通道具有独立的16位A/D转换器，实现多通道同步采集，最高采样速率128hz/通道，各通道舞步干扰684.1试验设备-光码盘•光电传感器，可测量电机转速和拖车行驶速度•原理是利用光码盘上透光不丌透光，在其另一侧形成光脉冲，光脉冲-光电敏感元件-电脉冲•具有测量准确度高、响应速度快、可靠性高和使用寿命长的特点。69灵敏度精度量程4.2试验设备性能70线性度迟滞性零点漂移4.2试验设备性能71频率响应特性重复性稳定性4.2试验设备性能727205误差分析不数据处理PARTFIVE73真值平均值算术平均值误差（相对误差不绝对误差）5.1基本概念74误差（偏差）系统误差、随机误差不异常误差精密度正确度精确度5.1基本概念75•在测量和试验中未发觉和未确认的因素引起的误差•产生原因：测量仪器丌良；周围环境改变；试验人员的习惯和偏向•系统误差是可以清除的5.2系统误差76•避免了系统误差后，由于客观无法避免的因素存在的误差称为随机误差•其分布符合一般的统计规律:正态分布•多次测量用算数平均值，作为实验结果。5.3随机误差77•测量的数据中会出现个别点明显异常，偏离曲线的整体规律，即所谓的跳点•判断其真伪•采用合适的处理方法5.4异常误差78798080裴玉国大连理工大学船舶学院感谢各位聆听