[科普中國]-船模自航試驗

簡介

船舶設計過程中為了獲得螺旋槳與船體之間的相互作用諸因素，如伴流分數(shù)、推力減額分數(shù)以及其他相互作用系數(shù)，應進行三種試驗：船模阻力試驗、螺旋槳敞水試驗及有附體的船模自航試驗。通過自航試驗可以得知船舶的如下內(nèi)容：1）估算實船的航行性能，即主機馬力、轉速和船速之間的關系；2）分析推進效率的各種成分，為設計合理的推進器提供資料；3）比較船型快速性能的優(yōu)劣。2

自航試驗的目的通過船模阻力試驗及螺旋槳模型敞水試驗，我們分別求得船體阻力曲線及螺旋槳敞水性能曲線。但實際上，船體和螺旋槳對實船而言是一個整體，按裝于船體后面的螺旋槳與船體之間彼此影響附近的水流速度場和壓力場，而且這種影響非常復雜，迄今還不能用純粹的理論計算方法求得。依目前的研究水平，船模自航試驗仍然是研究船體和螺旋槳之間相互作用的最好方法。

船模自航試驗的主要目的：

1、分析研究各種推進效率成份，研究槳、船兩者的相互影響，從而為螺旋槳的修改設計提供依據(jù)，或從若干船體與螺旋槳的組合方案中選優(yōu)。

2、預報實船性能。即通過試驗給出主機功率、轉速和船速之間的關系，得出實船的航速預報。

3、判斷螺旋槳、主機、船體之間的配合是否良好。3

自航試驗方法自航試驗方法有純粹自航和強迫自航。純粹自航試驗時，在船模阻力儀上預加作為摩擦阻力修正值的自航拖力，驅動螺旋槳后船模等速直線前進，調(diào)節(jié)拖車速度使之與船模同步，但調(diào)節(jié)拖車速度與船模同步較為困難，另外在研究實船與船模相關問題時有一定局限性，故應用較少。常用的是強迫自航試驗方法，試驗時自航船模在螺旋槳推力與拖車強制力作用下運動，借調(diào)整拖車強制力以保持船模與拖車速度一致。當在螺旋槳推力作用下船模速度大于拖車速度時，在拖車上對船模施以附加阻力減緩船模速度；反之，當自航船模速度小于拖車速度時，則在拖車上對船模施以拉力以增加船模速度。顯然，在拖車對自航船模不起作用時，即為船模速度等于拖車速度，即相當于純粹自航情況。常采用的強迫自航試驗方法是船模速度不變，系統(tǒng)改變螺旋槳轉數(shù)，試驗記錄船模速度、螺旋槳推力、扭矩、轉數(shù)、拖車對船模的強制力，并將此與船模阻力試驗及螺旋槳敞水試驗數(shù)據(jù)一并分析。

自由自航法此種方法在歐洲大陸、美國和日本應用最廣，故俗稱大陸法。在進行自航試驗時，按船模及其實船傅氏數(shù)相等的條件選定若干個船模試驗速度，對每一選定的速度預先決定其摩擦阻力修正值。各種測量儀器的布置如圖2所示，阻力儀上鋼絲經(jīng)導輪連接于船模上A點處。在進行試驗時，阻力儀砝碼桿上所掛之砝碼重量相應于摩擦阻力的修正值。然后開動拖車，并借制動裝置迫使船模與拖車一起進行加速，在加速過程中調(diào)整螺旋槳的轉速。待拖車達到所需之船模速度時，將制動裝置松開，使船模的運動不受拖車影響，并進一步調(diào)整螺旋槳的轉速，使拖車速度和船模速度相同，這時船模處于穩(wěn)定的自航狀態(tài)，即開始記錄該狀態(tài)下拖車的速度（即船模速度）、螺旋槳的推力、轉矩及轉速。

在科學研究中，有時需對一系列的模型進行自航試驗，以便全面地分析螺旋槳與船體問的相互作用問題。在這種情況下，并無對應的實船存在，故常修正到一定標準尺度的船。2

強迫自航法這種方法是使自航船模在螺旋槳推力和拖車上的強制力作用下運動，亦即借調(diào)整強制力以保持船模和拖車的速度相一致。當槳模推進船模之速度大于拖車的速度時，則拖車將對船模施以附加阻力延緩其運動速度（此時阻力儀擺輪上的鋼絲應經(jīng)過導輪系于船模上的B點，見圖2），反之，當船模的速度小于拖車的速度時，則拖車將對船模施以拉力增加其運動速度（此時阻力儀擺輪上的鋼絲應經(jīng)過導輪系于船模上的A點，點A與點B的位置應在槳模軸線附近）。顯然，在拖車對自航船模不起作用時（槳模本身推進船模之速度恰為拖車的速度，強制力為零時），就相當于自由自航狀態(tài)。2