[科普中國]-船模拖曳試驗水池

船模試驗

以設(shè)計的船體型線的一定比例制成模型在水池中進行的模擬試驗。用以換算測定船的阻力、推進效率、搖擺和操縱效能等航行性能。專供船模試驗的水池稱“船模試驗水池”。2

船模試驗池船模試驗池乃一狹長的水池，配置設(shè)備，以拖動船模并測量其在不同速度時的阻力。為避免海水的腐蝕作用，試驗池都采用淡水試驗。

試驗池的尺度主要視船模的大小和速度而定。試驗池的長度根據(jù)船?？赡苓_到的最高速度決定。當每次試驗開始時，為達到一定的均勻速度需要一段加速時間，然后接著一段時間是船模照此均勻速度前進并在這段時間內(nèi)進行測量，在試驗終了前的一段減速時間內(nèi)應(yīng)用制動器使船模停止。船模速度越高，這些一段一段時間將越長；加速和減速時間可用機械方法盡量縮短，但進行測量有一定的最短時間，這段時間與船模速度無關(guān)。試驗池的寬度和深度應(yīng)與船模大小配合，使船模以其最高速度試驗時不致發(fā)生明顯的池壁干擾而影響阻力。1

試驗池拖車通常試驗池裝有四只車輪的拖車沿試驗池兩邊的軌道上行走，如圖1所示。拖車有不同用途：首先作拖曳船模用，保持其一定方向，加速達一定速度，當測量數(shù)據(jù)時保持其一定均勻速度，在每次試驗終了時將其制動并拖回到起點。第二，各種測量和記錄儀器都裝在拖車上，例如決定船模拖曳阻力的阻力測力儀，保持船模方向并在試驗過程中記錄平行下沉和縱傾的縱傾儀，自動記錄船模速度的光電測速儀。最后，在拖車上有一套交直流發(fā)電機組裝置以供應(yīng)試驗時所需的電流，一套攝影設(shè)備供拍攝船模運動時的照片以及為工作人員工作方便計的地板和長桌。拖車整體應(yīng)在任何速度時不生振動。為了拖車在軌道上能保持其直線運動方向，在一側(cè)軌道的兩邊一平面上常裝設(shè)四對橫向?qū)л喿鞣乐雇宪囘\動方向偏斜。兩側(cè)軌道都有一刨平工作面。另一側(cè)軌道另有兩垂直刨平面供導(dǎo)輪用。這種試驗池可叫拖車式船模試驗池。

為保證當進行測量時拖車維持一定的均勻速度，按裝軌道必須十分細致使其工作面平行于水平面約在0.1毫米以內(nèi)，并對供應(yīng)拖車的電源用電子控制使其電壓保持常數(shù)。

在進行測量工作時，拖車速度，也就是船模所達到的速度，是由光電測速儀自動記錄。船模的阻力用阻力測力儀測量，此儀器實際上是一精密的天平，如圖2所示。大部分船模阻力用圖中砝碼盤上的砝碼重量支持，其余小部分由彈簧平衡，所以用彈簧測量所可能產(chǎn)生的誤差僅限于總阻力的小部分，以增加其精確性。彈簧常數(shù)可用已知的重量放在校驗盤靠近船體水的運動方向可在相應(yīng)速度下的船模試驗來測定。我國習慣采用在船模上敷涂油漆的方法。在附體設(shè)計時常需進行此項試驗，使附體可按照水流方向裝置。圖3所示的是一個典型的例子。通常船首水面部分的水流約略沿波面或水線運動。在船首水面以下部分的水流，一部分流經(jīng)舭部下緣后，沿縱剖線流向船底，經(jīng)過船中央部分后，由船底再沿縱剖線上升；另一部分流向船底邊的水流約略沿對角線運動；至船尾部水流都漸平坦。

進行首次阻力試驗后，常改變許多船模的形狀后再次進行試驗。從這些比較試驗獲得的知識常很有用，特別是將改變形狀前后的阻力差別與靠近船體水流方向的相應(yīng)變化聯(lián)系起來，如研究減少或避免船首舭渦的情形。利用循環(huán)水槽，如圖4所示，即將船模固定不動而使水流經(jīng)船模，則對觀察水流甚為方便。在循環(huán)水槽的底部和兩側(cè)設(shè)有許多觀察窗。通常由船模中的小孔噴出染料或使塑料細絲垂向固定于船模表面使水流顯然可見。1

船模船模一般分蠟?zāi)：湍灸煞N，前者用石蠟澆鑄，后者用木板膠壓制成。與木材比較，石蠟?zāi)Ｐ洼^易加工，用后可再融化作澆制新模型用。但在夏季蠟?zāi)Ｓ休^易彎曲而變形的缺點，也不如木?？梢跃貌亍?/p>

石蠟中一般另加3%至4%蜂蠟使其不太脆。在融蠟爐中融化時，不宜對其直接加熱，而可通過水的媒介，布置在石蠟的周圍和底下，然后對水加熱使石蠟到達融點。蠟?zāi)Ｖ瞥珊笤谠囼為_始前，必須浸在水中若干小時。新蠟?zāi)＝胨性谀Ｐ捅砻娉．a(chǎn)生小氣泡，模型阻力較大，浸過一定時間后，阻力穩(wěn)定。1

研究問題船模試驗池常配置特種設(shè)備，以研究例如下列諸問題：

(1)推進器設(shè)計；

(2)船體與推進器間的交互作用；

(3)洶濤的作用；

(4)操縱性；

(5)穩(wěn)性和搖擺；

(6)強度和振動。1

類型高速船模試驗池為減輕拖車的重量計，拖車上僅裝置測量儀器而將驅(qū)動馬達裝在陸地上，用鋼絲繩拖動拖車。這種試驗池可叫絞車式船模試驗池。

不少小型船模試驗池沒有拖車而常借重量下落的作用以拖動船模，并測量其相應(yīng)的均勻速度。這種試驗池可叫重力式船模試驗池。可見在重力式試驗池中，阻力已知，試驗?zāi)康脑谇笙喈斢诖俗枇r的速度；而在上述的拖車式和絞車式中，速度已知，目的在求阻力。圖5是一種重力式船模試驗池的簡圖。1

假底設(shè)備不少船模試驗池具有假底設(shè)備，其與水面的距離可調(diào)節(jié)，以供作淺水船模試驗用。如要進行狹水道船模試驗，可在假底上再建造邊壁作成狹水道模型。但若假底的結(jié)構(gòu)過輕；則當船模通過時，由于假底上下壓力發(fā)生差別而可能使其有向上運動，以致引入誤差。又在進行淺水試驗時，因假底與船池邊壁之間留有實際情況不存在的空隙，試驗證明在較高速度時發(fā)生誤差。為了避免上述的缺點，近年來在進行限制航道船模試驗時，常將試驗池水面放低，同時阻力測力儀也相應(yīng)下放；也有特建闊而淺的淺水試驗池，專供進行限制航道船模試驗。1