自由自航船模操纵性实验.PDFVIP

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 自由自航船模操纵性实验 学生姓名: 缪 莎 学生学号: 5070109064 专 业: 船舶与海洋工程系 指导教师: 邹早建 学院(系): 船舶海洋与建筑工程学院 自由自航船模操纵性实验 1 ．实验目的 自由自航船模操纵性试验是由船模的运动特征，直接按相似理论预报实船的操纵性。根 据 2002 年国际海事组织（IMO）“船舶操纵性标准” 的要求，在船舶初始设计阶段就应该考 虑船舶操纵性的要求。标准主要对35 度舵角的回转性、10 度舵角的初始回转性、偏航校正 的航向保持能力以及紧急制动能力提出了相应的指标（具体可参见“Standards for Ship Manoeuvrability”）。针对IMO 的要求，国际拖曳水池会议（ITTC）针对自由自航模型试验提 出了规程“Testing and Extrapolation Methods—Manoeuvrability Free Running Model Tests”。 进行自由自航船模操纵性试验的设备包括试验水池、有无线电遥控功能的自航船模、运 动轨迹记录设备和其他测量仪器：进行船模操纵性试验时，必须对船模的运动轨迹和运动参 数（比如横倾角、航向角等）进行准确的测量。 通过自由自航船模操纵性试验，使参与者熟悉船模操纵运动试验基本技术。同时掌握试 验数据分析技术，提高分析问题、解决问题的能力。 为全面评估船舶的操纵性，目前 ITTC 操纵性委员会和中国造船学会已经制定了操纵性 试验规程。通过这些规定试验，一方面可以直接测定若干操纵性参数，另一方面可以从试验 结果进一步分析操纵性指数。这些实验主要包括：回转试验、Z 形试验、螺旋试验、逆螺旋 试验、回舵试验、制动试验等。 1.1 回转试验目的 回转试验是最经典的操纵性试验，其目的在于测定水平转向，特别是大舵角回转的迅速 程度和所须水域的大小，用以确定船舶用大舵角进行紧急规避的能力。 1.2 Z 形试验目的 Z 形试验是用来评价船舶的转首性，首摇纠偏能力以及保持航向的能力。 2 ．实验原理 2.1 相似理论 相似理论是近百年来才发展起来的实验物理学的一个新的分支，涉及到物理学的许多领 域。下面仅讨论流体力学相似问题。 众所周知，工程上的许多流体力学问题，由于有关的因素多、物体或边界的形状复杂等 原因，往往不能单靠理论方法来求解。因此实验便成了研究流体力学的一个必不可少的手段。 在大多数情况下，实验都是利用模型来进行的。由于实验条件的限制，模型往往不能完全真 实地再现实物的流动情况。所以，相似理论是流体力学实验的理论基础，是实验工作者的必 备知识。 （1）几何相似和质量相似 Geom——无因次几何形状参数； 3 m/ ρL ——无因次质量； x /L,y /L——无因次的重心位置； G G 5 I /ρL ——无因次的转动惯矩。 Z 以上公式中：m 为船舶（船模）的质量；ρ 为水密度；L 为船长；xG 、yG 为船舶的重心 位置；I 为船舶对动坐标系z 轴的转动惯量。 Z 它们表示实物和模型应该具有的几何形状、无因次质量和无因次的质量分布情况。这一 条件称为几何相似和质量相似。 （2 ）运动相似 δ——舵角，其作为一种运动参数而不作为形状参数看待； u/V ,v/V——无因次速度； L/V, L/V——无因次加速度； rL/V ,nL/V——无因次角速度，或者称为Strouhal （斯特劳哈尔）数； 2 2 2 2 L /V , L /V ——无因次的角加速度。 以上公式中：V 为船舶速度；u、v 为船舶在运动坐标系中的纵向和横向速度；r 为角速 度； 、 为船舶在运动坐标系中的加速度； 为角加速度；n 为螺旋桨转速。 它们表示实物和模型应该具有同样的无因次线速度、线加速度分量、角