船舶性能試驗(yàn)技術(shù)全冊配套最完整精品課件1

船舶性能試驗(yàn)技術(shù)全冊配套最完整精品課件1船舶與海洋工程性能試驗(yàn)技術(shù)課程要求及教材掌握船舶與海洋工程模型試驗(yàn)的基本原理掌握常規(guī)試驗(yàn)的試驗(yàn)流程正確的處理分析常規(guī)試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考書目船舶性能實(shí)驗(yàn)技術(shù)俞湘三海洋工程水動力學(xué)試驗(yàn)研究楊建民主要內(nèi)容概述及試驗(yàn)原理誤差分析常用的測試儀器船舶快速性試驗(yàn)螺旋槳空泡試驗(yàn)/流場測量/耐波性、操縱性試驗(yàn)海洋工程試驗(yàn)技術(shù)第一講概述概述概述模型試驗(yàn)發(fā)展及試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)水池試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)技術(shù)理論基礎(chǔ)----相似律模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

概述試驗(yàn)類型模型試驗(yàn)實(shí)物試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)對象船模型試驗(yàn)海洋工程模型試驗(yàn)試驗(yàn)種類水池試驗(yàn):拖曳水池,耐波水池,懸臂水池,特種水池風(fēng)洞試驗(yàn)水動試驗(yàn)船舶的種類1.常規(guī)運(yùn)輸船舶2.高性能船常規(guī)排水型船動力增升船模型試驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x對于正確預(yù)報(bào)實(shí)際的海洋結(jié)構(gòu)物水動力性能、設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的海洋結(jié)構(gòu)物，乃至促進(jìn)船舶與海洋工程發(fā)展都有著重要的意義。模型試驗(yàn)發(fā)展船舶工程水動力試驗(yàn)發(fā)展19世紀(jì)60年代Froude首先提出用模型試驗(yàn)預(yù)報(bào)實(shí)船的阻力，逐步建立了各種船舶模型試驗(yàn)方法；1932年成立了國際船模試驗(yàn)水池會議InternationalTowingTankConference)。20世紀(jì)50年代耐波性試驗(yàn)取得了大的突破，研究內(nèi)容拓展到不規(guī)則波，包括不規(guī)則波中的船舶的運(yùn)動失速阻力增加甲板上浪等海洋工程試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)50年代海洋石油的開采，原有的船舶模型試驗(yàn)技術(shù)及相關(guān)設(shè)備已經(jīng)不能滿足要求，ITTC增加了海洋工程技術(shù)委員會20世紀(jì)70年代開始建造專門的海洋平臺實(shí)驗(yàn)室-------風(fēng)浪流實(shí)驗(yàn)室隨著海洋資源開發(fā)的深入，深水海洋工程水池建立，解決了部分水動力問題，但并沒有全部解決未來試驗(yàn)規(guī)程(1)CB*/Z326-1982一般排水量船模阻力試驗(yàn)規(guī)程及結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)形式CB/T346-1997螺旋槳模型敞水試驗(yàn)方法CB/T347-1997一般排水型船船模單槳自航試驗(yàn)方法CB/Z239-1987一般排水量船模雙槳自航試驗(yàn)方法CB/T3471-1992風(fēng)、浪、流聯(lián)合作用下浮式系統(tǒng)模型試驗(yàn)規(guī)程CB/T3675-1995水面船模耐波性試驗(yàn)規(guī)程CB*/Z327-1982水面自航船模操縱性試驗(yàn)規(guī)程及其結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)形式試驗(yàn)規(guī)程(2)CB/Z244-1988滑行艇船模阻力測試方法CB/Z246-1988自穩(wěn)式水翼艇模型阻力試驗(yàn)規(guī)程CB/Z215-1987空泡水筒均流中螺旋槳模型試驗(yàn)規(guī)程CB/Z216-1987潛艇船模水下阻力、自航試驗(yàn)規(guī)程CB/Z252-1988潛艇自航模操縱性試驗(yàn)規(guī)程CB/Z268-2002潛艇操縱性水動力模型試驗(yàn)方法試驗(yàn)水池試驗(yàn)水池大致有以下分類：702所474×14×7，20m/s,1965150×7.5×4.5,4.5m/s,1996上海船研所192×40×4.5，10m/s,1983上海交大110×6×3，6.0m/s,1958鎮(zhèn)江船院100×6×3，6.0m/s,2002HUST175×6×4,8.0m/s,1977605所510×6.5×5，25m/s,1985長航科研所160×9×3，8.0m/s,1985武漢理工132×10.2×0.2-2.0，6.0m/s,1985華南理工120×8×4，6.0m/s,1985中山大學(xué)156×6×1.3，7.0m/s,1974大連理工156×7×4，8.0m/s,1984哈船院108×7×3.5，7.0m/s,1988天津大學(xué)130×6×3.5，6.0m/s,1986拖曳水池主要用途是進(jìn)行船?？焖傩栽囼?yàn)。水池的長度1.拖曳水池中航605所拖曳水池水池最小允許橫截面的確定確定水池的最小寬度BT曲線確定水池最小允許深度HT曲線2.耐波性水池(長度要求，寬度要求)耐波性試驗(yàn)中，舶模所受的水動力主要是慣性為和重力。相對地，粘性力影響較小?？梢灾豢紤]船模與實(shí)船弗勞德數(shù)相等，不必計(jì)及粘性力的影響。設(shè)計(jì)耐波性水池的寬度，必須滿足船模到造波機(jī)之間要保持足夠距離，以避免船模的反射波對造波裝置有影響。3.操縱性水池（約束船模試驗(yàn)/自航船模試驗(yàn)）通過約束船模試驗(yàn)，可獲得作用于船模上的水動力系數(shù)，再通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，即可獲得各種機(jī)動下船舶運(yùn)動狀態(tài)和表征操縱性的特征參數(shù)。通過舶模或?qū)嵈谀撤N機(jī)動下的自航試驗(yàn)，可以直接測量出它的運(yùn)動狀態(tài)和表征操縱性能的特征參數(shù)。操縱性水池-------旋臂水池水池呈圓形或長方形，水池的中央島或水池中間某立柱處有一懸臂裝置，因而得名。模型裝在距懸臂轉(zhuǎn)軸中心為R的懸臂位置上。使模型縱軸與半徑為R的圓周切線方向的夾角為β,同時(shí)還可變動舵面與模型縱軸之間的角度δ；β和δ分別稱為漂角和舵角。試驗(yàn)時(shí),懸臂以一定的角速度ω運(yùn)動,強(qiáng)迫模型按一定回轉(zhuǎn)半徑、一定的漂角和舵角作定常回轉(zhuǎn)運(yùn)動。通過測力裝置測定縱向力X、側(cè)向力Y、力矩Μ的值，從中扣去機(jī)械裝置的離心力后，即可由回歸分析求得船舶在定常回轉(zhuǎn)時(shí)各種與ω有關(guān)的力和力矩的線性和非線性導(dǎo)數(shù)。這些導(dǎo)數(shù)是求解操縱運(yùn)動方程式所需要的。，，，，4.循環(huán)水槽5.空泡水筒6海洋工程水池

海洋工程水池要求可以模擬風(fēng)、浪、流各種海洋環(huán)境條件并能根據(jù)試驗(yàn)要求改變水深，水池的主要裝備一般有：可升降假底造波機(jī)消波裝置造流系統(tǒng)造風(fēng)系統(tǒng)大跨度XY拖車大面積可升降假底FalseBottom:28m×26m0m調(diào)節(jié)水深WaterDepthAdjustment

5m

雙搖板造波機(jī)造單方向傳播的長峰波HydraulicWaveGenerator

多單元造波機(jī)造多方向長峰波、短峰波消波系統(tǒng)直噴式高壓噴水造流系統(tǒng)造風(fēng)系統(tǒng)WindgeneratingsystemVmax=10m/s定常風(fēng)和風(fēng)譜StableWindandWindSpectrum

大跨度XY方向拖車試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍Ｐ统叨却_定取決于試驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)室的硬件條件(拖車的速度和功率、水池的尺度、造波機(jī)能力等）模型類型蠟?zāi)＝饘倌Ｄ灸２Ａт撃Ｐ途葘挾群蜕疃日`差為長度誤差：以6m模型為例一般為卡板間隙不能超過螺旋槳尺度要求船舶模型試驗(yàn)對水池的要求

1.水池中的水必須保持清潔。2.每天試驗(yàn)前預(yù)拖一次，通常稱之為“破水”。3.一次試驗(yàn)完畢，要等水面基本平靜后才能進(jìn)行下一次試驗(yàn)。4.拖車軌道要經(jīng)常保持清潔。應(yīng)定期對導(dǎo)軌的直線度和水平度進(jìn)行檢查和校正。5.水池中的水溫應(yīng)定點(diǎn)、定深測量。6.從開始到測試完畢，拖車上的人員應(yīng)各就各位，不能隨意走動。7.要隨時(shí)檢驗(yàn)試驗(yàn)質(zhì)量。采用標(biāo)準(zhǔn)船模，按照標(biāo)準(zhǔn)程序試驗(yàn)。二、相似律1.幾何相似2.運(yùn)動相似3.動力相似4.無因次相似數(shù)5.船舶與海洋工程中的模型試驗(yàn)相似性問題

一、力學(xué)相似的基本概念

1.幾何相似

——模型與實(shí)物幾何形狀相似。即兩系統(tǒng)對應(yīng)的長度成同一比例，且對應(yīng)角相等。pmmp即兩個(gè)系統(tǒng)的對應(yīng)長度成同一比例，且對應(yīng)角相等。

長度比尺面積比尺體積比尺

長度比尺是基本比尺，面積比尺和體積比尺是導(dǎo)出比尺。導(dǎo)出比尺與基本比尺的關(guān)系為導(dǎo)出物理量量綱與基本物理量間的關(guān)系。2.運(yùn)動相似

——流動的速度場相似。即滿足幾何相似的兩系統(tǒng)對應(yīng)瞬時(shí)、對應(yīng)點(diǎn)上的速度方向相同，大小成同一比例。

速度比尺時(shí)間比尺加速度比尺

流量比尺運(yùn)動粘度比尺角速度比尺

可見，一切運(yùn)動學(xué)比尺都是長度比尺和速度比尺的函數(shù)。速度比尺是基本比尺。3.動力相似

——兩系統(tǒng)對應(yīng)位置處各作用力方向相同，大小成同一比例。

密度比尺是基本比尺

密度比尺質(zhì)量比尺力的比尺

動力相似包括運(yùn)動相似，而運(yùn)動相似又包括幾何相似。所以動力相似包括力、時(shí)間和長度三個(gè)基本物理量相似。兩系統(tǒng)的其它物理量由它們決定，也必然相似。以密度相似為例說明如下：

在動力相似的條件下，對應(yīng)的流體動力系數(shù)（壓力系數(shù)、升力系數(shù)和阻力系數(shù)）相等。無因次的流體動力系數(shù)CP數(shù)定義如下：

對兩動力相似系統(tǒng)：因此有兩流動系統(tǒng)相似除應(yīng)具有以上三個(gè)相似條件外，還要求初始條件和邊界條件一致。一般來說，幾何相似是流動相似的基礎(chǔ)，動力相似則是決定兩流動相似的主導(dǎo)因素，運(yùn)動相似是幾何相似和動力相似的表現(xiàn)。4無因次相似準(zhǔn)數(shù)分量式矢量式該式表明：粘性流體在運(yùn)動中所受的質(zhì)量力、壓力、粘性力與運(yùn)動慣性力是平衡的。N-S方程是二階非線性偏微分方程，從數(shù)學(xué)上求解比較困難，只有在特殊的情況下才能得到它的解析解。特征物理量：如密度ρ、速度v、長度L、粘性系數(shù)μ、壓力p、加速度g和時(shí)間t等。

由N-S方程可以看出，單位質(zhì)量的各力可用這些特征物理量的量級表示如下：

壓力粘性力質(zhì)量力局部慣性力遷移慣性力

由動力相似條件得：

直接影響流動的力是慣性力，它力圖維持原有的流動狀態(tài)；其它各力是流體受到的外力，它們力圖改變流動狀態(tài)。流動的變化就是慣性力與其它各力相互作用的結(jié)果。因此，將遷移慣性力與其它各力進(jìn)行比較就可得到四個(gè)相似準(zhǔn)數(shù)。四個(gè)相似準(zhǔn)數(shù)

雷諾數(shù)

傅汝德數(shù)

斯特洛哈爾數(shù)

歐拉數(shù)重力慣性力μ=2glvFr2慣性力壓力μ=2vpEur粘性力慣性力μ=Revln主要反映粘性力相似主要反映重力相似主要反映非定常運(yùn)動相似主要反映壓力相似

螺旋槳進(jìn)速系數(shù)

空泡數(shù)

對于完全相似的流動現(xiàn)象，必定有：

Rem=Rep；Frm=Frp；Stm=Stp；Eum=Eup

。

相似準(zhǔn)則既是判斷流動相似的標(biāo)準(zhǔn)，又是設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)則。一般情況下，模型與實(shí)際流動選用同一種介質(zhì)。但要做到完全力學(xué)相似是很困難的，實(shí)驗(yàn)均采用近似模型法。近似模型法

1.傅汝德模型法

——用于重力起主要作用，粘性力可忽略的場合。相似準(zhǔn)則為Fr，有：

基本比尺為：

速度比尺Cv

和長度比尺Cl

。

2.雷諾模型法

——用于粘性力起主要作用，重力影響很小，可忽略的場合。相似準(zhǔn)則為Re，有：

基本比尺為：

速度比尺Cv

；長度比尺Cl

；

密度比尺C

。lvlvvlvlCCCnnnn==μ=；；粘性力慣性力'''Re

例一船舶長為L＝78m，水面航速為13kn,現(xiàn)用1：50的模型在水池中做實(shí)驗(yàn)測它的興波阻力，試確定水池拖車的拖曳速度。

解：實(shí)驗(yàn)應(yīng)按傅汝德準(zhǔn)則進(jìn)行。已知船模長度，實(shí)艇水面航速為：故實(shí)驗(yàn)時(shí)船模的拖曳速度為：5船舶與海洋工程性能試驗(yàn)中的相似性問題定常流:船模阻力及部分操縱性試驗(yàn)(位置導(dǎo)數(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)測量)非定常流:自航試驗(yàn),耐波性及部分操縱性實(shí)驗(yàn)(干擾系數(shù))等海洋工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn):風(fēng)浪流試驗(yàn)定常流假定無重力作用，只有粘性影響。采用船長作為特征長度、航速作為特征速度。任何流動都是由這三個(gè)參數(shù)來確定的。這些量的量綱是這三個(gè)參數(shù)構(gòu)成一個(gè)無量綱組合,稱為雷諾數(shù)速度分布壓力分布作用在物體上總合力（即阻力）存在自由液面及興波，則重力對流體的作用

非定常流不僅要求有還要有表示流動特征的時(shí)間間隔只能對周期性的運(yùn)動給出特征數(shù)，這就是所謂的斯特羅哈數(shù)，船模本身具有非定常運(yùn)動。要使船模與實(shí)船的運(yùn)動及動力相似，除了要保持幾何相似外，尚需使質(zhì)量和質(zhì)量分布也保持相似。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)必須同時(shí)滿足模型與實(shí)船幾何相似、質(zhì)量與質(zhì)量分布相似、結(jié)構(gòu)特性相似。某一斷面的拉伸應(yīng)變：如果無法做倒，則需要把模型的截面積按幾何相似準(zhǔn)則減小倍,才能保證應(yīng)變相等偏轉(zhuǎn)角彎矩和慣性矩比是長度比的四次方,一般試驗(yàn)楊氏模量故角變形一般是滿足相似的.纜索的相似性準(zhǔn)則幾何相似：長度相似質(zhì)量與質(zhì)量分布相似彈性相似：纜索受力-伸長關(guān)系的相似。

纜索的相似性準(zhǔn)則質(zhì)量分布相似和彈性相似都比較難以滿足；質(zhì)量相似：采用分布質(zhì)量塊解決彈性相似：采用分布彈性元件解決三模型試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)流程進(jìn)行一項(xiàng)模型試驗(yàn)基本思路為：明確試驗(yàn)?zāi)康?，確定試驗(yàn)內(nèi)容和測試的物理量調(diào)研選擇試驗(yàn)地點(diǎn)根據(jù)試驗(yàn)條件和試驗(yàn)?zāi)康闹贫ㄔ囼?yàn)方案確定縮比選定試驗(yàn)測試儀器制定模型安裝及試驗(yàn)方案方案設(shè)計(jì)及模型加工安裝調(diào)試按照試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及誤差分析提交試驗(yàn)報(bào)告第二講誤差分析一、基本概念一個(gè)待測得物理量，在一定的條件下總有一個(gè)客觀存在的量值，這個(gè)量值稱之為真值。在實(shí)際測量中測量結(jié)果和真值之間的總存在差值，這個(gè)差值即為誤差：測量值與真值之差，即誤差是不可避免的，真值是側(cè)不出來的；測量的目的在于減少誤差，得出一個(gè)在一定條件待測物理量的可信賴之，并對其精度作出正確的估計(jì)二、誤差類型

1.系統(tǒng)誤差：恒定誤差（1）在同一條件下多次測量同一量值時(shí)，誤差的絕對值大小和符號保持恒定，故又稱恒定誤差。系統(tǒng)誤差按其變化規(guī)律可分為常值、累進(jìn)性的（線性的和非線性的）、周期性的及按復(fù)雜規(guī)律變化的誤差。特征有規(guī)律，自成系統(tǒng)可以消除系統(tǒng)誤差來源（2）儀器誤差：測量工具的不完善；方法誤差：安裝布置和測試方法等；環(huán)境和條件誤差：外界環(huán)境的變化；人為誤差：測試人員讀數(shù)水平經(jīng)驗(yàn)可以采用一些措施來消除或減少這類誤差2.隨機(jī)誤差（1）

隨機(jī)誤差：在同一測量條件下，多次測量同一量值時(shí)，誤差的絕對值的大小和符號以不可預(yù)定的方式變化，但對它卻可以用概率統(tǒng)計(jì)的方法加以描述和分析。隨機(jī)誤差（2）特征隨機(jī)產(chǎn)生，當(dāng)測量次數(shù)無窮多時(shí)，隨機(jī)誤差滿足征態(tài)分布，具有單峰、對稱、有界、抵償性幾個(gè)特點(diǎn)不能消除原因：環(huán)境因素：溫度、濕度、電流、硬件：儀器的固有誤差等多次測量同一量值時(shí)，其誤差的算術(shù)平均值隨測量次數(shù)的無限增加而趨于零。利用這個(gè)特征，可以采用增加測量次數(shù)的方法來減少隨機(jī)誤差的影響。（3）粗大誤差超出規(guī)定條件下能夠預(yù)計(jì)的誤差，主要是由于差錯(cuò)引起的；一般均為人為人為因素：如讀數(shù)錯(cuò)誤；沒有按照試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，阻力中破水和等水等環(huán)節(jié)沒有進(jìn)行；粗大誤差具有偶然性和數(shù)值偏大等特征三、數(shù)據(jù)處理與分析首先應(yīng)該在數(shù)據(jù)分析中分辨出系統(tǒng)誤差和粗大誤差，通過進(jìn)一步完善試驗(yàn)方案，提高測試儀器的精度消除；試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理對隨機(jī)誤差可以通過一些數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行；隨機(jī)誤差數(shù)據(jù)處理（1）單次測量的極限誤差隨機(jī)誤差在到范圍內(nèi)的概率為通常把稱為單次測量的極限誤差，出現(xiàn)的概率為0.0027，小概率事件，認(rèn)為不可能。測量值的平均極限值為真值測量值誤差：測量值的方差可表達(dá)為：將方差開方，即得標(biāo)準(zhǔn)差有限測量次數(shù)據(jù)中得到的被測量值的真值的估計(jì)值和每次測量中的殘差值，即：測量次數(shù)有限次時(shí)，可用貝塞爾公式估算方差隨機(jī)誤差數(shù)據(jù)處理（2）系統(tǒng)誤差分析（1）判別系統(tǒng)誤差的方法

a.觀察偏差的趨勢把測量數(shù)據(jù)所對應(yīng)的偏差按測量次序先后排列。如果發(fā)現(xiàn)偏差有規(guī)律地只向一個(gè)方向演變，如前段的偏差為負(fù)號，后段的偏差為正號，則這個(gè)測據(jù)列中必定含有累積的系統(tǒng)誤差。當(dāng)數(shù)據(jù)次數(shù)較多時(shí)，可按照測量的先后次序分別求出前半段和后半段數(shù)據(jù)偏差的總和。若兩段總和的差值顯著地不接近于零時(shí)，則表明數(shù)據(jù)中包含有累積的系統(tǒng)誤差。把數(shù)據(jù)的偏差按測量順序排列，如果偏差的符號作用周期性變化，則表明數(shù)據(jù)中包含有累積的系統(tǒng)誤差。4.如果是動態(tài)測量，則觀察其記錄曲線。若記錄曲線的平均水準(zhǔn)線保持水平，則表明數(shù)據(jù)中不包含變化的系統(tǒng)誤差；若平均水準(zhǔn)線由低到高或由高到低，則表明數(shù)據(jù)中含有累積的系統(tǒng)誤差；如水準(zhǔn)平均線做周期性變化，則這些數(shù)據(jù)中必有周期性系統(tǒng)誤差存在；如果水準(zhǔn)平均線作復(fù)雜規(guī)律變化，那么表明這列數(shù)據(jù)中含有復(fù)雜的系統(tǒng)誤差。判別系統(tǒng)誤差的方法

b.正態(tài)分布判別法1.用正態(tài)概率紙來判別。把測量數(shù)據(jù)列成頻率分布，然后作圖，以數(shù)據(jù)值為橫坐標(biāo)，以累積的頻率為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)連線。如果各點(diǎn)在一條直線上（尤其是中點(diǎn)），則表明所測量得的數(shù)據(jù)只含有隨機(jī)誤差，而無累積誤差。反之，若各點(diǎn)明顯地不在一條直線上，則表明測量數(shù)據(jù)中包含有系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差分析（2）2.用公式判別。若測量數(shù)據(jù)中只含有隨機(jī)誤差時(shí)，則其算術(shù)平均值偏差與標(biāo)準(zhǔn)差之間有下列關(guān)系：如果計(jì)算出的和與上式所表達(dá)的關(guān)系式相差很大,則表明測量數(shù)據(jù)中含有系統(tǒng)誤差。3.變化測量條件來進(jìn)行判別：改變測試條件，誤差即改變符號，則含系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差的減小和消除以修正值的形式加到測量數(shù)據(jù)中去，用來消除系統(tǒng)誤差。在實(shí)驗(yàn)過程中消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素。選擇合適的測量方法，使系統(tǒng)誤差得以抵消，而不致于帶入測量數(shù)據(jù)中。3.粗大誤差的防止和消除1.3準(zhǔn)則對于某一測量值，若只含有隨機(jī)誤差，且測量次數(shù)足夠多時(shí)則可按隨機(jī)誤差正態(tài)分布規(guī)律來檢驗(yàn)，凡是大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差的殘余誤差的測量值即可被認(rèn)為含有粗大誤差，應(yīng)于刪除。2.羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則如果測量次數(shù)較少時(shí)，先剔除一個(gè)可疑的測量值，然后按學(xué)生氏分布檢驗(yàn)被剔除的測量值是否含有粗大誤差。如果被剔除的測量值的殘缺大于被剔除后的極限誤差值，則認(rèn)是粗大誤差，應(yīng)于剔除。粗大誤差的處理測量結(jié)果的表示（1）直接測量：間接測量

規(guī)定間接測量誤差求直接測量參數(shù)的允許值：本章小結(jié)1.掌握誤差的種類及定義;2.了解誤差處理的方法;3.能正確地分辨各種誤差的種類及來源.第三講常用的測試設(shè)備船舶與海洋工程試驗(yàn)技術(shù)主要內(nèi)容測試儀器種類傳感器原理數(shù)據(jù)采集設(shè)備一測試儀器種類1.運(yùn)動設(shè)備2.傳感器3.采集設(shè)備1.運(yùn)動設(shè)備水池及控制系統(tǒng)電機(jī)及調(diào)速儀敞水箱造波系統(tǒng)造風(fēng)系統(tǒng)造流系統(tǒng)多自由度平臺圖3SIEMENS6R24全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)及水池XY拖車華中科技大學(xué)拖車多功能高壓直流電機(jī)及伺服驅(qū)動器后置式敞水箱前置式敞水箱89實(shí)驗(yàn)室中風(fēng)的物理模擬方法

固定的風(fēng)機(jī)風(fēng)扇放置在模型甲板上彈簧與重物組成的系統(tǒng)風(fēng)洞波浪水池90造風(fēng)系統(tǒng)原理水池造風(fēng)通過軸流風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。造風(fēng)系統(tǒng)包括交流電機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)組、風(fēng)速儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。軸流風(fēng)機(jī)由交流電機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動電壓的大小直接控制了電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制了模擬的風(fēng)速。交流電機(jī)由可調(diào)節(jié)電壓的特殊設(shè)備進(jìn)行供電。其驅(qū)動電壓的大小可由手動控制，也可由數(shù)字化變頻儀進(jìn)行手動和自動控制。91造風(fēng)原理與信號測量示意圖92造風(fēng)設(shè)備變頻儀控制計(jì)算機(jī)小風(fēng)機(jī)大風(fēng)機(jī)熱線風(fēng)速儀93風(fēng)的模擬ITTC規(guī)定平均風(fēng)速一般指海平面上方10m高度處的風(fēng)速。因此，實(shí)驗(yàn)室測量風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速儀也必須按照縮尺比放置于水面上方對應(yīng)實(shí)際10m高度處，進(jìn)行測量。定常風(fēng)：平均風(fēng)速、風(fēng)向；非定常風(fēng)：風(fēng)譜、平均風(fēng)速、風(fēng)向。風(fēng)的模擬通過如下參數(shù)進(jìn)行描述：94風(fēng)向的模擬95定常風(fēng)的模擬變頻儀風(fēng)機(jī)定常風(fēng)是指風(fēng)速恒定不變的風(fēng)，其風(fēng)速的模擬，不需要使用計(jì)算機(jī)控制。直接手動調(diào)節(jié)變頻儀的頻率，控制軸流風(fēng)機(jī)的輸入電壓和轉(zhuǎn)速，使得產(chǎn)生的平均風(fēng)速達(dá)到要求。在操作面板上直接調(diào)節(jié)變頻儀的頻率，以調(diào)節(jié)輸出電壓和生成的風(fēng)速頻率顯示96試驗(yàn)測量區(qū)域的風(fēng)場空間均勻性測試：試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)沿著風(fēng)向和垂直風(fēng)向的各空間點(diǎn)處所測平均風(fēng)速與目標(biāo)值誤差<10%。沿著風(fēng)向垂直風(fēng)向風(fēng)場測試97非定常風(fēng)（風(fēng)譜）的模擬非定常（不規(guī)則）風(fēng)是指風(fēng)速時(shí)刻在變化的風(fēng)，非定常風(fēng)的模擬需要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動控制。實(shí)驗(yàn)室編制有常用風(fēng)譜的計(jì)算機(jī)控制程序。在模擬所要求的非定常風(fēng)時(shí)，輸入給定的風(fēng)譜、平均風(fēng)速控制參數(shù)和脈動控制參數(shù)；控制程序自動生成實(shí)時(shí)時(shí)間序列信號，并經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換形成序列電壓脈沖信號輸出到變頻儀；變頻儀再根據(jù)輸入的該電壓脈沖信號實(shí)時(shí)改變頻率，并實(shí)時(shí)控制輸出大小不同的電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生實(shí)時(shí)不規(guī)則變化的風(fēng)速。98將風(fēng)速儀的測量數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)采集，并采用FFT數(shù)據(jù)處理和譜分析后，即可得到模擬的平均風(fēng)速和風(fēng)譜。如果模擬的平均風(fēng)速與目標(biāo)值差異較大，則應(yīng)調(diào)整計(jì)算機(jī)控制程序輸入的平均風(fēng)速控制參數(shù)。如果模擬的風(fēng)譜與給定的風(fēng)譜(目標(biāo)譜)差異較大，則應(yīng)調(diào)整計(jì)算機(jī)控制程序輸入的脈動控制參數(shù)。然后，重新造風(fēng)并采集、分析、調(diào)整，直至滿意為止。99常用風(fēng)譜常用的風(fēng)譜有2種，即API風(fēng)譜和NPD風(fēng)譜。API風(fēng)譜的試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果（2000年QHD32-6FPSO工程試驗(yàn)，平均風(fēng)速Vw=13m/s）100NPD風(fēng)譜的試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果（2003年CFD11-1FPSO工程試驗(yàn)，平均風(fēng)速Vw=24.3m/s）101水池造流原理用水泵把水帶動起來形成循環(huán)，使水池中的水按一定方向流動。造流系統(tǒng)的水泵應(yīng)能達(dá)到試驗(yàn)所要求模擬的流速整個(gè)水池內(nèi)的水實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定流動，即流速在空間和時(shí)間上的分布必須均勻在水深方向上，應(yīng)能模擬各種不同的典型垂向流速剖面。目前，主要海洋工程水池可分為以下兩種造流形式：池內(nèi)循環(huán)造流形式池外循環(huán)整體造流形式二、流的模擬102池內(nèi)循環(huán)造流形式代表性水池：美國OTRC水池優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡單，建造方便采用多層造流噴管分層控制，可大致得到所需的流速分布規(guī)律。缺點(diǎn)：池內(nèi)循環(huán)無法消除會水池內(nèi)部循環(huán)所引起的漩渦和湍流103池外循環(huán)造流形式代表性水池：荷蘭MARIN水池優(yōu)點(diǎn)：可避免在池內(nèi)循環(huán)引起的漩渦和回流等擾動因素，垂向方向上可形成各種所需的流速剖面。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，建造難度大運(yùn)行成本高104假底循環(huán)造流系統(tǒng)水泵在一端吸取池中的水，經(jīng)加壓后從安裝在池墻另一端下部均勻布置的幾排噴嘴中噴出高壓水流，借以帶動周圍的水繞假底循環(huán)，從而在假底上部形成均勻穩(wěn)定的水流。優(yōu)點(diǎn)水流比較均勻穩(wěn)定，流速隨水深的變化不大缺點(diǎn)造流能力有限，生成流速<0.2m/s；只能生成均勻流，無法垂向流速剖面；水池整體造流示意圖105局部造流系統(tǒng)該系統(tǒng)安裝在模型試驗(yàn)區(qū)域的附近，也是通過控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流速，在水池局部區(qū)域（試驗(yàn)區(qū)域）造成一定流向和流速的水流。優(yōu)點(diǎn)：可模擬較高的流速，最高可達(dá)0.5m/s；在布置上比較靈活，可以任意調(diào)節(jié)流向和浪向之間的夾角；采用多層局部造流噴管分層控制，可大致得到所需的流速分布規(guī)律。缺點(diǎn)：由于安裝位置靠近試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，沒有整流設(shè)備，所以局部造流的均勻性和穩(wěn)定性較差，而且受到水池試驗(yàn)區(qū)域限制。106水池局部造流裝置示意圖107流的模擬與測量模擬流向的定義常以與浪向的夾角表示。整體造流的流向與浪向夾角范圍可在0o~90o范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，局部造流的流向則可任意調(diào)節(jié)。均勻流：表面流速、流向。分層流：垂向流速分布、流向。流的模擬通過如下參數(shù)進(jìn)行描述：浪流夾角180°浪向流向108如只要求平均流速，則一般采用葉輪式流速儀讀取平均數(shù)值即可。為了考察流速的穩(wěn)定程度和實(shí)時(shí)測量，則需要用流速儀進(jìn)行測量，得到流速隨時(shí)間的變化情況，亦即通常所要求的瞬時(shí)流速。均勻流的模擬，一般只要求模型參考位置處測量得到的表層平均流速（水池水面下方15cm~20cm水深處）與目標(biāo)值的誤差<5%即可。如果要求較高，則需要測量試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的流速空間分布情況，垂向流速分布情況，以及流速在所需試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間變化的情況。109空間均勻性指標(biāo)：試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)沿著流向和垂直流向的各空間點(diǎn)處所測平均流速與目標(biāo)值誤差<10%。沿著流向垂直流向110垂直剖面速度分布水平面速度分布111時(shí)間穩(wěn)定性指標(biāo)：流速均方差/平均流速<10%，最好是<5%。造波裝置沖箱式造波機(jī)搖板式造波機(jī)空氣式造波機(jī)蛇行造波機(jī)消波器浪高儀船模運(yùn)動測量儀波浪的模擬113遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)雙搖板造波機(jī)造單方向傳播的長峰波多單元造波機(jī)造多個(gè)方向的長峰波、短峰波浪高儀，，，，空氣式造波機(jī)蛇行造波機(jī)多單元搖板式造波機(jī)MARIN消波灘原理圖MARIN消波灘柵板消波系統(tǒng)117雙搖板造波機(jī)液壓伺服雙搖板長峰波造波機(jī)，采用干背式造波板，板后無水的共振，具有優(yōu)良的造波性能。上下?lián)u板可分別運(yùn)動或兩者成為一剛體作單板造波機(jī)，兩板搖動的最大角度為12°，分別由3只活塞油缸同時(shí)驅(qū)動。可生成長峰規(guī)則波與不規(guī)則波。上下?lián)u板長28.5m吃水2.2m高2*1.35m鉸接118波浪（長峰波）的模擬交大海洋工程水池裝備的雙搖板造波機(jī)只能生成固定方向傳播的長峰波，因此浪向的模擬只能通過變換試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃夭贾脕韺?shí)現(xiàn)。規(guī)則波：波高、周期、浪向；不規(guī)則波：波譜、有義波高、譜峰周期、浪向。波浪的模擬通過如下參數(shù)進(jìn)行描述：浪向?yàn)?°浪向?yàn)?0°浪向?yàn)?5°119規(guī)則波的模擬120121具體的思路和模擬步驟是：根據(jù)常見波浪頻率的上限和下限，在此范圍內(nèi)選取10～12個(gè)造波的頻率。計(jì)算各頻率相應(yīng)的規(guī)則波周期和波長。根據(jù)線性波理論，確定各頻率相應(yīng)的規(guī)則波的波高。確定造波機(jī)相應(yīng)于各頻率的搖板運(yùn)動周期和振幅。在水池中對10～12個(gè)造波頻率逐一模擬，并以浪高儀測量規(guī)則波的時(shí)歷。

122不規(guī)則波的模擬在實(shí)驗(yàn)室中生成隨機(jī)不規(guī)則波浪，關(guān)鍵就在于確定一列恰當(dāng)?shù)脑觳?qū)動信號，以形成各種波譜形式的不規(guī)則長峰波。PM譜Jonswap譜ITTC譜ISSC譜……123124根據(jù)給定的有義波高、譜峰周期及波譜來模擬不規(guī)則波根據(jù)給定的條件，產(chǎn)生造波機(jī)的控制信號時(shí)間序列，以此控制造波板的振幅及頻率，從而在水池中產(chǎn)生不規(guī)則波浪。將浪高儀測量不規(guī)則波數(shù)據(jù)，并進(jìn)行譜分析得到模擬的波譜如果模擬的波譜和給定的目標(biāo)波譜差異較大，則修正控制信號時(shí)間序列，重新造波，如此反復(fù)，直至滿意為止。不規(guī)則波的模擬125一般要求：模擬的測量波浪譜與目標(biāo)譜基本符合。ITTC規(guī)定：有義波高和譜峰周期的測量值與目標(biāo)值的誤差小于5％。高標(biāo)準(zhǔn)要求：模擬波浪的二階波浪包絡(luò)譜應(yīng)符合理論波浪包絡(luò)譜；波峰、波谷以及波高等數(shù)值都要基本符合Weibull分布；波浪的時(shí)歷基本上是線性的。譜分析特征參數(shù)的比較126一般要求下的波浪校驗(yàn)結(jié)果127高要求下的波浪校驗(yàn)結(jié)果譜分析特征參數(shù)的比較波浪時(shí)歷曲線的形狀128波浪譜的比較波浪包絡(luò)譜的比較129波谷極值分布波峰極值分布波高極值分布統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果130常用波浪譜

經(jīng)過長期的實(shí)際觀測研究，已提出了多個(gè)得到普遍應(yīng)用的波譜公式。1、單參數(shù)PM波譜2、雙參數(shù)PM波譜3、Bretschneider波譜4、ISSC波譜5、ITTC波譜6、JONSWAP波譜7、Ochi-Hubble波譜8、白噪聲波譜1311、單參數(shù)PM（Pierson-Moskowitz）波譜1322、雙參數(shù)PM（Pierson-Moskowitz）波譜1333、Bretschneider波譜4、ISSC波譜1345、ITTC波譜1356、JONSWAP波譜JONSWAP波譜一般推薦應(yīng)用于沿海區(qū)域，是Hasselman等人(1973)在北海海浪聯(lián)合課題下研制的，實(shí)際也是從PM譜修改而來。其主要特點(diǎn)是考慮了有限風(fēng)壓的作用，因此其譜峰值要陡峭得多。136不同波譜形狀的比較1377、Ochi-Hubble波譜138為更好地應(yīng)用不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)確定頻率響應(yīng)函數(shù)RAO，出現(xiàn)了所謂白噪聲波譜的模擬問題。在研究所感興趣的頻率范圍內(nèi)，白噪聲波譜曲線是大體平直的。給定有義波高這1個(gè)參數(shù)，確定主要波浪頻率范圍，就可以進(jìn)行白噪聲波譜的模擬?；A(chǔ)研究試驗(yàn)中應(yīng)用較多。8、白噪聲波譜多自由度平臺1.

位姿模擬、正弦波模擬、單自由度運(yùn)動、多自由度復(fù)合運(yùn)動2.路譜濾波處理，隨機(jī)波復(fù)現(xiàn)，路譜、海浪譜、飛行譜復(fù)現(xiàn)等功能3.

通過TCP/IP協(xié)議，為用戶提供第三方控制接口（上位機(jī)接口）4.提供內(nèi)同步、外同步數(shù)據(jù)輸出控制接口二、傳感器力傳感器：壓力傳感器、一分力~六分力傳感器運(yùn)動傳感器：位移傳感器、加速度傳感器、速度傳感器壓力傳感器一分力~六分力傳感器從材質(zhì)和制作原理上可分為:應(yīng)變式(箔式和半導(dǎo)體式)壓電式(石英、壓電復(fù)合材料等)光纖應(yīng)變式厚膜陶瓷式MEMS式(壓電和應(yīng)變式)等成熟的市場化產(chǎn)品只有前兩類。而電阻應(yīng)變式是目前應(yīng)用最多最成熟的一種類型。電阻應(yīng)變式傳感器己成為目前非電量電測技術(shù)中非常重要的檢測手段，廣泛地應(yīng)用于工程測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。具有以下特點(diǎn):①測量范圍廣，精度高，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)六分力的測量；②結(jié)構(gòu)較簡單，維修方便；③對工作環(huán)境不敏感，能在高(低)溫、強(qiáng)磁場等惡劣條件下正常工作。第三講船舶快速性試驗(yàn)技術(shù)船舶與海洋工程試驗(yàn)技術(shù)主要內(nèi)容試驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x測試儀器試驗(yàn)原理及過程數(shù)據(jù)處理和分析一試驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x(1)1.船?？焖傩栽囼?yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容*船舶快速性是指船舶在一定裝載狀態(tài)下，在某一指定主機(jī)功率時(shí)航行的快慢問題。*通常用快速性試驗(yàn)檢驗(yàn)船舶是否達(dá)到快速性的設(shè)計(jì)要求?？焖傩栽囼?yàn)內(nèi)容通常包括阻力試驗(yàn)、推進(jìn)器的敞水試驗(yàn)和船模的自航試驗(yàn)。阻力試驗(yàn)?zāi)康拇_定船體阻力,研究線型和船體參數(shù)變化對船體阻力的影響,研究各種附體阻力及其對總阻力的影響,選擇優(yōu)良的線型.推進(jìn)器的敞水試驗(yàn)研究推進(jìn)器自身的水動力特性及各種參數(shù)變化對性能的影響.自航試驗(yàn)分析研究各種推進(jìn)效率成分的重要手段,采用一定的方法預(yù)報(bào)實(shí)船性能,驗(yàn)證是否滿足快速性要求,同時(shí)也可以判斷船機(jī)槳的匹配性.一試驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x(2)二試驗(yàn)設(shè)備和儀器水池及控制系統(tǒng)電機(jī)及調(diào)速儀壓力傳感器拉壓傳感器多分力天平自航儀(推扭傳感器)敞水箱圖3SIEMENS6R24全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)及水池多功能高壓直流電機(jī)及伺服驅(qū)動器壓力傳感器拉壓傳感器及自航儀后置式敞水箱前置式敞水箱1試驗(yàn)前的模型準(zhǔn)備

a尺度確定

阻力試驗(yàn)時(shí)，要求弗勞得數(shù)相等，即

,故

式中：為縮尺比；（忽略黏性）

敞水試驗(yàn)時(shí)，要求進(jìn)速系數(shù)相等，即

幾何相似：因此：

根據(jù)GB*/Z346-85的規(guī)定，用于自航的螺旋槳模型直徑不得小于0.12m。

三、試驗(yàn)原理及試驗(yàn)流程

b激流裝置平板摩擦阻力計(jì)算公式主要是適用于湍流，激流絲的作用是使得層流邊界層盡快過渡到湍流邊界層，減少流態(tài)對模型阻力換算的影響。激流絲增加的阻力與船模首部層流降低的阻力抵消。常用的激流裝置有以下幾種：金屬絲狹條粗糙表面急流桿首柱小釘激流絲的直徑試驗(yàn)報(bào)告中必須說明激流絲安裝的位置和形式c吃水標(biāo)志和安裝附件d稱重和壓載船模試驗(yàn)狀態(tài)的總質(zhì)量應(yīng)與計(jì)算的排水量一致。試驗(yàn)完畢后，船模質(zhì)量要復(fù)秤，兩次秤重之差額不應(yīng)大于0.5%。e安裝f破水（以設(shè)計(jì)速度破水同時(shí)測量力，以確定量程）2

船模靜水阻力試驗(yàn)2.1

船模連接分為水上水下船模阻力試驗(yàn)。因船模位置不同，而連接方法不相同。水下阻力試驗(yàn)安裝圖2.2船模阻力試驗(yàn)中物理量的測量主要物理量是船模阻力和船模速度，對高速船舶還需要測量航行中的浮態(tài)變化。2.3試驗(yàn)點(diǎn)安排從低速到略超過設(shè)計(jì)航速的范圍內(nèi)選取若干個(gè)速度，一般少于15個(gè)。速度間隔大致均勻。最大速度值一般應(yīng)大于要求速度的10%。2.4試驗(yàn)精度阻力試驗(yàn)測量精度可取0.2%，拖曳速度的波動值宜小于0.3%。阻力試驗(yàn)結(jié)果的平均誤差小于1.5%。3

試驗(yàn)速度修正*注意到池壁影響問題。最簡便實(shí)用池壁修正方法是根據(jù)所謂的阻塞效應(yīng)修正船模速度。*阻塞效應(yīng)的修正：計(jì)算，并將試驗(yàn)曲線修正為曲線*根據(jù)連續(xù)性定理，可得：或根據(jù)伯努利方程，有令，整理后得：若已知A、及值即可求出回流的平均速度。

池壁修正曲線

池壁修正2：

ΔV/V=m1/(1-m1–Fnh2)

式中m1=Am/(b×h),

當(dāng)m1小于1％時(shí)影響細(xì)微可不修正。

4

船模阻力試驗(yàn)結(jié)果的換算方法

*二因次方法亦稱弗勞德方法，三因次方法為1978年ITTC性能委員會推薦的方法。4.1二因次法弗勞德假定：船的總阻力分為摩擦阻力和剩余阻力兩部分組成。且認(rèn)為摩擦阻力僅與雷諾數(shù)有關(guān)，剩余阻力僅與弗勞德數(shù)有關(guān)；因此，有：或根據(jù)弗勞德假定，實(shí)船的剩余阻力系數(shù)和模型的剩余阻力系數(shù)是相等的。而摩擦阻力是雷諾數(shù)的函數(shù)且與物體的形狀有關(guān)。由于流線型物體表面曲率對剩余阻力的影響不甚明顯，弗勞德有假定，船的摩擦阻力與速度同長度同濕表面積的平板摩擦阻力相同.

1957年的第八屆ITTC建議取

考慮到粗糙度對剩余阻力的影響，引入粗糙度附加值實(shí)船裸體總阻力系數(shù)為實(shí)船的總阻力和有效功率為

弗勞德提出的換算方法曾被世界各國的船模試驗(yàn)池中廣泛使用，直到現(xiàn)在仍在繼續(xù)使用。用該假定進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際相當(dāng)接近，而要建立更完善、合理的假定有很多困難。嚴(yán)格地說，弗勞德假定既不合理，又不完善。4.2三因次法三因次換算方法是1978年第15屆ITTC推薦的方法。將船的總阻力分為三個(gè)部分，即平板摩擦阻力、粘壓阻力和興波阻力。粘壓阻力包括摩擦阻力的形狀效應(yīng)和因邊界層分離而產(chǎn)生的旋渦作用。兩者均因水的粘性而產(chǎn)生，所以應(yīng)為雷諾數(shù)的函數(shù)。船的總阻力可以寫為或式中，1+k為形狀因子，k稱形狀系數(shù)。它只與船形有關(guān)，且認(rèn)為幾何相似的船的形狀因子1+K是相同的。形狀因子根據(jù)船模在弗勞德數(shù)Fr=0.1-0.2范圍內(nèi)阻力試驗(yàn)結(jié)果，按下式確定：A及n等數(shù)值均由最小二乘法確定，指數(shù)n的范圍為2.0～6.0。如果將摩擦阻力和粘壓阻力合并計(jì)算，并稱之為粘性阻力，可以寫為：1978年第十五界屆ITTC性能委員會推薦的方法中，船的總阻力還需要考慮空氣阻力及粗糙度附加。有舭龍骨實(shí)船的總阻力系數(shù)為cm——船模的總阻力系數(shù)

——實(shí)船粗糙度附加，按下式計(jì)算：

cAA——空氣阻力系數(shù)，按下式計(jì)算：

N=4,PROHASKA法（普魯哈斯咔法）

4.3誤差來源試驗(yàn)本身的一些影響因素池壁影響尺度效應(yīng)拖車速度（加速度、平穩(wěn)度）軌道平直消波（開過后，要等一段時(shí)間，等水平靜后再開）測量儀器本身的誤差5

螺旋槳模型的敞水試驗(yàn)1．對于某一具體的螺旋槳，通過模型試驗(yàn)可以確定實(shí)際螺旋槳的水動力性能。2．通過多方案的試驗(yàn)研究，可以分析螺旋槳的各種幾何要素對水動力性能的影響。3．檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)的正確性，不斷完善理論設(shè)計(jì)的方法。4．通過對螺旋槳模型的系列試驗(yàn)，可以繪制成專用圖譜，供設(shè)計(jì)螺旋槳使用?，F(xiàn)時(shí)廣泛使用的楚思德B系列圖譜和MAU系列圖譜等都是螺旋槳模型系列敞水試驗(yàn)的結(jié)果。5.1螺旋槳模型試驗(yàn)的相似條件和要求幾何相似；Dm的決定；150mm/300mm螺旋槳模型有足夠的深度；試驗(yàn)時(shí)雷諾數(shù)應(yīng)大于臨界雷諾數(shù)。進(jìn)度系數(shù)相等。螺旋槳雷諾數(shù)采用ITTC推薦表達(dá)式：臨界雷諾數(shù)一般大于3×105槳模的沉深深度：PropellerModelTestAtestonamodelpropellerisruneitherinatowingtankorarunningflowinawatertunnel(cavitationtunnel)withoutamodelhullinfrontofit,whichiscalled“openwater”tests.1)VA–velo.offlow2.)n-rotationofmotor3.)po-pressurecanbecontrolledMeasureVA,Q,T,andn.DevelopmentofcavitationsofapropellerinacavitationtunnelKQKTTestingresultsPurposeofopen-watertestsItisusuallytocarryoutopenwatertestsonstandardseriesofpropellers.Theirfeatures(suchas#ofblades,bladeoutlineshape,bladearearatio,bladesectionshape,bladethicknessfraction,bossdiameter&pitch-diameterratio)aresystematicallyvaried.Theresultdataaresummarizedinasetofparticulardiagrams,whichcanbeusedfordesignpurposes.Wewillstudyhowtousethesediagramslaterfordesigningapropeller.StudyingtheefficiencyofapropellerandfindapropellerwithbetterefficiencyStudyingtheextentanddevelopmentofcavitationsoverapropeller.5.2試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)★主要設(shè)備是螺旋槳動力儀試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作儀器的標(biāo)定（靜標(biāo)）采用假轂測量零扭矩推力修正儀器動標(biāo)★敞水試驗(yàn)通常是保持螺旋槳轉(zhuǎn)速不變，改變拖車前進(jìn)速度。速度范圍應(yīng)從va＝0至推力小于零的進(jìn)速之間，在該范圍內(nèi)測點(diǎn)取15個(gè)左右?！镌囼?yàn)數(shù)據(jù)的表達(dá)：進(jìn)速系數(shù)：推力系數(shù)：扭矩系數(shù)：效率：5.3尺度作用修正

因雷諾數(shù)的不同對螺旋槳性能的影響稱為尺度作用。一般說來，尺度作用對推力的影響較小。在同一進(jìn)度系數(shù)時(shí)，實(shí)槳和槳模的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)及效率之間的關(guān)系(即尺度作用的影響)為，，

概括地說，對模型試驗(yàn)結(jié)果的尺度修正有下列三種辦法。不修正；僅修正扭矩系數(shù)KQ；1978年ITTC推薦的修正方法：1978年ITTC推薦的修正方法：，及由下式?jīng)Q定：，

式中：

螺旋槳敞水試驗(yàn)是將螺旋槳安裝在敞水箱上，浸深大于1.0倍的螺旋槳直徑，轉(zhuǎn)速滿足臨界雷諾數(shù)大于3.0×105進(jìn)速系數(shù)J螺旋槳推力(kg.f)螺旋槳扭矩(kgf.cm)推力系數(shù)Kt螺旋槳扭矩系數(shù)10Kq敞水效率η0.0008.19015.5370.2680.2820.0000.1327.02313.8700.2290.2510.1910.2625.70011.9900.1850.2160.3580.3934.2319.5700.1370.1720.4990.4593.4778.4800.1130.1530.5410.5282.4176.8000.0790.1240.5380.5951.5165.4580.0500.1000.4740.6610.6324.0130.0210.0730.2990.724-0.3972.260-0.0130.041-0.3656

模型自航試驗(yàn)★自航試驗(yàn)則是判斷船、機(jī)、槳三者配合后的綜合性能。主要目的：1）分析和研究各種效率成分，研究槳、船兩者相互影響；2）預(yù)報(bào)實(shí)船性能；3）判斷螺旋槳、主機(jī)、船體之間的配合是否良好?！镒院皆囼?yàn)時(shí)，要求船模和槳模的雷諾數(shù)超過臨界雷諾數(shù)。同時(shí)也要求滿足弗勞德數(shù)和進(jìn)速系數(shù)相等德條件，即

為了試驗(yàn)時(shí)使各種力都成三次方關(guān)系，需要對摩擦阻力進(jìn)行修正，增加一個(gè)修正值FD，人為地湊成三次方關(guān)系。該修正值稱為摩擦阻力修正值，即使螺旋槳模型與實(shí)槳的載荷一致★試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作①船模及螺旋槳模型與阻力和敞水試驗(yàn)相同②螺旋槳及舵與船體間的相對位置都要按實(shí)船的情況幾何相似地安裝。③船模的總重量包括測量儀器及壓鐵等組成的排水量必須與實(shí)船的排水量幾何相似。④在船模內(nèi)橫向和縱向移動壓鐵，調(diào)整浮態(tài)，使船模兩側(cè)的首、中、尾吃水符合要求。⑤船模與拖車的連接安裝基本與阻力試驗(yàn)相同?！镒院皆囼?yàn)方法船模自航試驗(yàn)有純粹自航和強(qiáng)迫自航兩種方法。純粹自航法又稱大陸法。該方法是事先在船模上扣除船模速度時(shí)的摩擦阻力修正值，當(dāng)船模以速度運(yùn)動時(shí)，調(diào)節(jié)螺旋槳轉(zhuǎn)速，使其發(fā)出的推力滿足下列條件：強(qiáng)迫自航法又稱英國法。該方法是在某一船模速度下，在船模運(yùn)動方向上施加一系列的強(qiáng)制力Z，其中應(yīng)包括Fd在內(nèi)，船模在強(qiáng)制力和推力的共同作用下達(dá)到力的平衡，即：對某一選定的自航速度，一般取5個(gè)不同的強(qiáng)制力，為使試驗(yàn)點(diǎn)分布較為均勻合理，一般取Z1＝0，相當(dāng)于船模自航點(diǎn)。Z3＝Fd，相當(dāng)于實(shí)船自航點(diǎn).★自航試驗(yàn)過程.安裝調(diào)試等準(zhǔn)備工作；校正零點(diǎn)，采集零負(fù)載推力扭矩；在某一航速下計(jì)算摩擦阻力修正值FD，在FD附近（從0到2FD）取5個(gè)值，得到某一個(gè)航速不同的轉(zhuǎn)速對應(yīng)的推力和扭矩；航速一般不少于四個(gè)，其中第三個(gè)速度一般為設(shè)計(jì)航速，強(qiáng)制力大約從0~2FD，摩擦阻力修正值按照下式粗略估算經(jīng)常遇到的問題：行車速度不穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定導(dǎo)致讀數(shù)的不穩(wěn)定自航阻力和阻力試驗(yàn)阻力值不同自航試驗(yàn)結(jié)果分析原始數(shù)據(jù)阻力試驗(yàn)結(jié)果（阻力和有效馬力）螺旋槳敞水（敞水效率）自航試驗(yàn)結(jié)果★模型推進(jìn)效率成分分析由于計(jì)算造成的誤差應(yīng)小于0.001★實(shí)船性能預(yù)報(bào)

根據(jù)船模阻力、自航等試驗(yàn)結(jié)果推算出實(shí)船航速、螺旋槳轉(zhuǎn)速及主機(jī)功率之間的關(guān)系目前正在使用的方法有三種即：（1+x),K2法、方法以及1978年ITTC推薦的單槳實(shí)船性能預(yù)報(bào)方法。（1+x),K2法1959年英國皇家物理實(shí)驗(yàn)室等單位提出,認(rèn)為船模和實(shí)船的伴流分?jǐn)?shù)及推力減額分?jǐn)?shù)及推進(jìn)效率成分是相等的。實(shí)船螺旋槳收到功率：實(shí)船螺旋槳轉(zhuǎn)速： （1+x)為阻力相關(guān)因子，

K2為照顧伴流尺度作用相對轉(zhuǎn)速修正的相關(guān)因子。(1+x），K2法實(shí)船性能預(yù)報(bào)計(jì)算表2)法瑞典、日本及北歐諸國采用的方法,該方法認(rèn)為由于尺度作用引起的差別主要反映在阻力和伴流中，對推力減額分?jǐn)?shù)和相對旋轉(zhuǎn)效率的影響較小、可忽略不計(jì)。方法計(jì)算表

3)1978ITTC法本方法認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)修正主機(jī)功率預(yù)報(bào)圖★實(shí)船速度預(yù)報(bào)及螺旋槳與主機(jī)匹配判斷(1)

螺旋槳與主機(jī)匹配，預(yù)報(bào)的實(shí)船速度可以達(dá)到。(2)螺旋槳與主機(jī)不匹配，螺旋槳負(fù)荷“過輕”(3)螺旋槳與主機(jī)不匹配，螺旋槳負(fù)荷“過重”★備用螺旋槳的自航試驗(yàn)選擇備用螺旋槳的原則是它的直徑必須與設(shè)計(jì)槳的直徑相同。以保證伴流分?jǐn)?shù)、推力減額分?jǐn)?shù)和相對旋轉(zhuǎn)效率不受影響。備用螺旋槳的螺距比、葉數(shù)及盤面比應(yīng)盡可能與設(shè)計(jì)槳相近。螺距比的值不能較設(shè)計(jì)槳的螺距比低得多。根據(jù)船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)得統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)螺旋槳得直徑相同時(shí)，一般情況下，螺旋槳螺距比、葉數(shù)及盤面比的變化對，t及w的影響較小。認(rèn)為用備用螺旋槳分析得到的，t及w值適用于設(shè)計(jì)槳的情況?！镌囼?yàn)報(bào)告要求1．船模、螺旋槳及舵模型的主要參數(shù)給出船尾、螺旋槳和舵位置的簡圖2．船模阻力曲線和螺旋槳敞水性能曲線3．船模自航試驗(yàn)記錄的原始數(shù)據(jù)4．船模自航試驗(yàn)曲線5．模型推進(jìn)系數(shù)及效率成分的分析計(jì)算結(jié)果6．實(shí)船性能預(yù)估計(jì)算結(jié)果及曲線7．實(shí)船航速預(yù)報(bào)及船—機(jī)—槳匹配情況的分析船舶與海洋工程試驗(yàn)技術(shù)第四講空泡試驗(yàn)及流場測量內(nèi)容空泡試驗(yàn)尾流測量伴流場測量1.空泡試驗(yàn)1.1螺旋槳空泡試驗(yàn)的目的和內(nèi)容軍船-----高速主機(jī)引起螺旋槳表的振動;民船-----大型化引起螺旋槳負(fù)載的加大,船舶尾部流場的不均勻?qū)е侣菪龢a(chǎn)生空泡,引起槳葉的剝蝕;研究螺旋槳表面空泡產(chǎn)生引起的壓力脈動和噪聲.1.2螺旋槳模型空泡試驗(yàn)的相似準(zhǔn)則幾何相似進(jìn)速系數(shù)相等超臨界雷諾數(shù)空氣含量相同空泡數(shù)相等常規(guī)水池?zé)o法達(dá)到完全相似-------空泡水筒可以做到;1.3主要設(shè)備螺旋槳扭矩測量系統(tǒng)推力測量系統(tǒng)速度和壓力測量系統(tǒng)空氣含量儀頻閃觀察儀1.4試驗(yàn)過程安裝調(diào)試假轂扭矩推力測量敞水修正空泡試驗(yàn)保持水筒中流速和壓力不變,改變轉(zhuǎn)速,測量水流速度水筒壓力槳模推力扭矩及轉(zhuǎn)速采用頻閃觀察螺旋槳模型空泡發(fā)生發(fā)展的過程1.5誤差來源尺度效應(yīng)粘性影響空氣含量影響傅汝德數(shù)影響螺旋槳激振力測量螺旋槳激振力測量2.模型伴流場測量接觸式：畢托管技術(shù)非接觸式：PIV,激光多普勒測速ParticleImageVelocimetry(PIV)LaserDopplerVelocimetry(LDV)UltrasonicDopplerVelocimetry(UDV)2.1測試方法

機(jī)械方法散熱率法動力測壓法激光測速法五孔畢托管的基本原理球體表面的壓力可按下式計(jì)算：

在水平面xoy上：

由上式得：畢托管及其校驗(yàn)232粒子圖像測速技術(shù)(ParticleImageVelocity)二維PIV測量原理

主要用于拖曳水池或循環(huán)水槽中，測量船舶和海洋結(jié)構(gòu)物附近的復(fù)雜流場。

測量結(jié)果可用于計(jì)算流體力學(xué)CFD的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證。利用PIV技術(shù)測量流速時(shí),需要在相應(yīng)的二維平面中均勻散播跟隨性、反光性良好且比重與流體相當(dāng)?shù)牡氖聚櫫Ｗ?使用CCD等攝像設(shè)備獲取示蹤粒子的運(yùn)動圖像。對示蹤粒子的運(yùn)動圖像進(jìn)行分析,就能夠獲得二維流場的流速分布。當(dāng)測量流體表面的流速時(shí),可以在自然光照條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),而對流體內(nèi)部的二維流場測量時(shí),必須使用輔助片光源照明,圖1為測量流場內(nèi)部流速的實(shí)驗(yàn)示意圖。234PIV測量得到的船模螺旋槳和舭龍骨附近流場235多普勒流速儀----測量瞬時(shí)流速

聲學(xué)多普勒流速儀的原理是利用聲波在流動海水中懸浮物質(zhì)所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)測量流速和流向。其聲學(xué)傳感器感應(yīng)靈敏、反應(yīng)快、量程寬，可測弱流，也可測強(qiáng)流，可測平均流速，也可測瞬時(shí)流速，因此目前應(yīng)用較廣。聲學(xué)多普勒流速儀包括點(diǎn)式流速儀和剖面流速儀兩種，顧名思義，前者用于測量單個(gè)空間位置處的流速和流向，后者則同時(shí)可以測得一個(gè)剖面的流速和流向數(shù)據(jù)，特別適合于深水流的測量。LDV的局限性1被測流體要有一定透明度，管道要有透明窗口。2測純凈水或空氣時(shí)，要摻入適當(dāng)散射粒子。3流速高時(shí)要求提高激光輸出功率，信號處理難。4價(jià)格貴。5使用時(shí)有一定防震要求，光學(xué)系統(tǒng)與管道無相對運(yùn)動。根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當(dāng)向移動物體發(fā)射頻率為F的連續(xù)超聲波時(shí)，被移動物體反射的超聲波頻率為f，f與F服從多普勒關(guān)系。如果超聲發(fā)射方向和移動物體的夾角已知，就可以通過多普勒關(guān)系的v,f,F,c表達(dá)式得出物體移動速度v。雷達(dá)測速儀

檢查機(jī)動車速度的雷達(dá)測速儀也是利用這種多普勒效應(yīng)。交通警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的電磁波，通常是紅外線，同時(shí)測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度．裝有多普勒測速儀的警車有時(shí)就停在公路旁，在測速的同時(shí)把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動打印在照片上。

軸向伴流場主要目的

1．通過軸向伴流場的測量，求得螺旋槳模型的平均標(biāo)稱伴流。2．分析伴流場的不均勻程度，估計(jì)新設(shè)計(jì)船舶是否會產(chǎn)生嚴(yán)重的振動，與之相應(yīng)是否需要修改新設(shè)計(jì)船的尾部的線型。3．根據(jù)船模的軸向伴流場，在空泡水筒中模擬實(shí)船的伴流場，將螺旋槳模型置于伴流場中進(jìn)行試驗(yàn)，用以觀察船后螺旋槳產(chǎn)生的空泡情況并由壓力傳感器測量脈動壓力，分析螺旋槳引起的激振力。2.2．試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作①船模與阻力試驗(yàn)所用者相同②畢托耙通過自航試驗(yàn)的螺旋槳軸孔與船模內(nèi)控制轉(zhuǎn)動角度的機(jī)構(gòu)及壓力傳感器的測量儀器相連接。③船模的總重量，包括測量儀器及壓鐵等組成的排水量必須與實(shí)船的排水量幾何相似。④在船模內(nèi)橫向和縱向移動壓鐵，調(diào)整態(tài)，使船模兩側(cè)的首、中、尾吃水符合要求。⑤船模與拖車的連接安裝基本與阻力試驗(yàn)相同。2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析整理通過對各個(gè)方向速度分析,得出船舶尾部線形附體線型與伴流場之間的關(guān)系3尾流測量-----粘性阻力獲取原理動量定律近年來，在研究船體阻力分類時(shí)，通常把船體阻力分成興波阻力和粘性阻力兩部分。前者可利用波形分析法確定，后者一般可應(yīng)用“尾流測量法”進(jìn)行試驗(yàn)測量得到?！拔擦鳒y量法”最早是航空界采用，50年代MarshellTulin將它搬到造船界。航空界有兩個(gè)方法：Bete’smethod和Jones’method測量方法船舶與海洋工程試驗(yàn)技術(shù)第五講操縱性和耐波性試驗(yàn)一操縱性試驗(yàn)自由自航試驗(yàn)通過天然湖泊或露天或室內(nèi)操縱性或開闊水域進(jìn)行,船模按照規(guī)定的機(jī)動進(jìn)行自航操縱性試驗(yàn),可以直接測量他的運(yùn)動狀態(tài)合表征操縱性的特征參數(shù).約束模型試驗(yàn)可以精確測量水動力系數(shù),通過運(yùn)動方程預(yù)報(bào)船舶機(jī)動狀態(tài)和操縱性特征參數(shù).設(shè)備投資大,但可以對影響操縱性的諸多因素進(jìn)行定量分析自航船模操縱性試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)是目前研究船舶操縱性能的重要手段，由下列兩部分組成，即：1．船模在靜水中的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。直線航行的船將舵轉(zhuǎn)至某一舵角并保持此舵角，則船將改變航向而作曲線運(yùn)動，稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動，它是研究船舶操縱中機(jī)動性的重要方面。2．船模在靜水中的Z形試驗(yàn)。Z形試驗(yàn)是模擬船舶左右不斷操舵更為實(shí)際的情況。目前，Z形操縱試驗(yàn)被公認(rèn)為確定K（表示回轉(zhuǎn)性能）和T（表示應(yīng)舵性能或跟從性）兩個(gè)指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法。幾何相似運(yùn)動相似:螺旋槳和舵的角速度、角加速度很難保證相似(主機(jī)、舵機(jī)特性不相似)動力學(xué)相似：直航傅汝德相似，機(jī)動狀態(tài)的動力學(xué)相似都比較難以滿足.試驗(yàn)原理

試驗(yàn)操作人員通過遙控發(fā)射器發(fā)出控制信號，船模上的接收器收到信號后把信息輸入指令分配箱，對主機(jī)、舵的動作進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)船模在水池中加速、減速和改變航向等各種操縱運(yùn)動。圖1是操縱試驗(yàn)船模及其測試設(shè)備布置的示意圖。1．回轉(zhuǎn)試驗(yàn)

目的模擬船舶大機(jī)動的回轉(zhuǎn),預(yù)報(bào)實(shí)船K

T指數(shù)具體過程如下:(1)啟動遙控器指定主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使船模保持全速直線航行，(2)測量航速航向舵角及螺旋槳轉(zhuǎn)速;(3)遙控器發(fā)出信號指定舵轉(zhuǎn)至規(guī)定的舵角δ，(4)記錄測量時(shí)間及速度/航向/橫傾角/螺旋槳轉(zhuǎn)速等參數(shù)隨時(shí)間的變化(5)通常船首方向改540°后船模已定?；剞D(zhuǎn)一圈，完成了舵角δ時(shí)的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。遙控器發(fā)出指令使舵回到零度退出回轉(zhuǎn)并令船模返回起點(diǎn)，準(zhǔn)備下一個(gè)試驗(yàn)。2．Z形試驗(yàn)?zāi)康氖悄M船舶不斷小舵角操縱的情況,能較好地分析船舶的轉(zhuǎn)首性和方向穩(wěn)定性。也可以預(yù)報(bào)K

T指數(shù)。（1）試驗(yàn)船模放于適當(dāng)?shù)奈恢?，啟動船模作直線航行；（2）待達(dá)到穩(wěn)定的航速V時(shí)，迅速操舵轉(zhuǎn)至右10°。船模便開始實(shí)現(xiàn)Z形運(yùn)動，待首向角向右達(dá)到10°時(shí)，又自動切換舵角至左10°，待首向角向左達(dá)到10°時(shí)，又自動切換舵角至右10°，如此反復(fù)操舵，便可得出舵角δ與首向角ψ隨時(shí)間t的變化曲線，通常當(dāng)首向角ψ曲線出現(xiàn)三個(gè)峰值后便完成了Z形試驗(yàn)。在記錄曲線上可以直接得到超越角和轉(zhuǎn)首滯后兩個(gè)操縱特征量圖中，ψ1，ψ2，ψ3稱為超越角，是操反舵瞬時(shí)的首向角和最大首向角之間的差。超越角越小，表示船越易于轉(zhuǎn)向，是衡量船是否易于轉(zhuǎn)向的一個(gè)量度。T1，T2，T3稱為轉(zhuǎn)首滯后，是指舵角δ回復(fù)到0°時(shí)刻至最大轉(zhuǎn)首角時(shí)的時(shí)間間隔，表示在零舵角之后出現(xiàn)零角速度的時(shí)間滯后，T小表示船的跟從性好，是衡量跟從性的一個(gè)量度。約束模試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：采用水動力系數(shù)換算，減少尺度效應(yīng)，可直接用于實(shí)船預(yù)報(bào)。試驗(yàn)內(nèi)容:直線拖曳試驗(yàn)：測量速度系數(shù)和舵系數(shù)約束回轉(zhuǎn)試驗(yàn)：測定的角速度系數(shù)和角速度耦合系數(shù)平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)試驗(yàn)：直線拖曳試驗(yàn)船體速度導(dǎo)數(shù)Yu、Nu舵導(dǎo)數(shù)約束回轉(zhuǎn)試驗(yàn)測量力和力矩的角速度導(dǎo)數(shù)；二船模耐波性試驗(yàn)1.船模耐波性試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容*預(yù)報(bào)船舶在給定的環(huán)境條件下的耐波性；*確定船舶搖擺運(yùn)動微分方程中的水動力系數(shù)*檢驗(yàn)和修正船舶耐波性理論中的假設(shè)和結(jié)論*研究船體各因素對耐波性的影響；*研究各種減搖裝置的作用；*確定船體在波浪上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。2船模試驗(yàn)中的池壁效應(yīng)15thITTC干擾判別表，低于對應(yīng)值即有干擾0.500.751.001.251.501.752.002.250.6350.4580.3780.3350.3000.2920.2800.2712.502.753.003.253.503.754.000.2650.2600.2550.2520.2490.2470.2453耐波性試驗(yàn)前的模型準(zhǔn)備幾何相似，質(zhì)量分布相似按照第15屆ITTC建議，取0.25L作為船舶的縱向慣性半徑；0.35L作為船舶的橫向半徑，計(jì)算船舶質(zhì)量慣性矩，即重量重心調(diào)整移動距離為L，則模型繞O點(diǎn)傾斜。傾角為將上述調(diào)整后的艇模繞O軸（橫軸）搖蕩，用秒表測量其搖蕩周期T，則可求得模型縱向質(zhì)量慣性矩或慣性半徑，，，，4耐波性水池的主要設(shè)備造波裝置沖箱式造波機(jī)搖板式造波機(jī)空氣式造波機(jī)蛇行造波機(jī)消波器浪高儀船模運(yùn)動測量儀空氣式造波機(jī)蛇行造波機(jī)搖板式造波機(jī)多單元搖板式造波機(jī)MARIN消波灘原理圖MARIN消波灘柵板消波系統(tǒng)5規(guī)則波上船模試驗(yàn)及實(shí)船耐波性預(yù)報(bào)5.1規(guī)則波的制造波高與波長應(yīng)滿足以下不等式：深水波的周期、波速和波長按下列公式計(jì)算：在規(guī)則波上進(jìn)行船模試驗(yàn)，對于一般的船型來說，波長范圍從0.5L到2.0L左右，試驗(yàn)波高與船長之比應(yīng)小于1/50。5.2船模在規(guī)則波上耐波性試驗(yàn)A:船模在波浪上的縱向運(yùn)動試驗(yàn)，通常都試3～4個(gè)速度。B:一次試驗(yàn)測量的振蕩次數(shù)不應(yīng)少于10次。C:試驗(yàn)結(jié)果表達(dá)θa/a——縱搖幅值/波傾角Φa/a——橫搖幅值/波傾角Za/ζa——垂蕩幅值/波幅船模耐波性試驗(yàn)錄像（雙擊）

5.3實(shí)船耐波性預(yù)報(bào)A船舶在波浪上運(yùn)動，輸入的是波能譜密度，輸出的是船舶運(yùn)動能譜密度。根據(jù)譜分析可得：(1)式中：為船舶運(yùn)動能譜密度函數(shù)；為波能譜密度函數(shù)；為頻率響應(yīng)函數(shù)。B在有航速情況下，船舶的遭遇頻率為相應(yīng)的譜密度為1.當(dāng)船舶頂浪航行時(shí)，則2.當(dāng)船舶橫浪航行時(shí)，則

3.當(dāng)船舶隨浪航行時(shí)，則

必須注意到頻率響應(yīng)函數(shù)的因次。船模和實(shí)船的振蕩頻率和周期具有以下尺度關(guān)系：

如果已知航行區(qū)域的實(shí)測海浪波譜資料或理論譜，就可按式(1)來就計(jì)算船舶的運(yùn)動譜密度函數(shù)。接著就可按以下一些公式計(jì)算船舶在不規(guī)則波上的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)特性。船舶運(yùn)動譜密度函數(shù)對原點(diǎn)的n階距

n＝0，1，2，4譜寬參數(shù)如果，則對方差m0可不予修正，否則可按下式計(jì)算修正后的方差值：

船舶運(yùn)動幅值遵從瑞利分布，因此，可按下列各式計(jì)算運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)特征值：6不規(guī)則波上船模試驗(yàn)

6.1不規(guī)則波的制造

1.確定目標(biāo)譜

2.用試驗(yàn)方法確定水池中的造波機(jī)——波浪系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)

3.確定輸入造波機(jī)的驅(qū)動信號的現(xiàn)實(shí)

4.導(dǎo)出造波機(jī)的驅(qū)動信號的現(xiàn)實(shí)確定輸入造波機(jī)的電壓譜應(yīng)用隨機(jī)相位模型，可得

5.對造出的波進(jìn)行迭代修正

6.2不規(guī)則波上船模試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果的處理

波浪和船運(yùn)動記錄中的表現(xiàn)遭遇次數(shù)應(yīng)不少于200次.如果只需確定測量平均值時(shí)，記錄次數(shù)可以少一些，但也需超過100次。

1.把在試驗(yàn)中測量到的運(yùn)動時(shí)間歷程的區(qū)間T作n等分，間隔為，以來表示時(shí)間間隔的順序。2.應(yīng)用下列公式近似計(jì)算運(yùn)動的時(shí)間歷程的數(shù)字模型期望為

3.在時(shí)，計(jì)算相關(guān)函數(shù)。把積分區(qū)間等分為個(gè)長度為的區(qū)間，即

由上得式中把相關(guān)函數(shù)表示成標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)函數(shù)為（a）式中的標(biāo)準(zhǔn)差和可按下式計(jì)算：

4.算出標(biāo)準(zhǔn)差后，代入(a)，就可得到標(biāo)準(zhǔn)差函數(shù)，再按以下公式計(jì)算，就可得到標(biāo)準(zhǔn)差譜密度函數(shù)為

5.計(jì)算出方差，即6.求得相應(yīng)得現(xiàn)實(shí)譜密度，即

第六講海洋工程試驗(yàn)技術(shù)船舶與海洋工程試驗(yàn)技術(shù)289海洋環(huán)境一、風(fēng)

二、流

三、波浪290三種重要的海況生存海況作業(yè)海況

疲勞海況291生存海況目的是確定在海洋結(jié)構(gòu)物在最嚴(yán)酷風(fēng)浪流條件下的載荷和運(yùn)動響應(yīng)特性，以判斷平臺本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、錨泊系統(tǒng)以及固接于海底基樁等能否抵擋此最大負(fù)荷而不致?lián)p毀。海洋工程界以百年一遇，甚至二百年一遇的海浪作為極限海況。目前對浮式海洋平臺模型試驗(yàn)極限海況的選取是：（1）風(fēng)浪流同方向情況（Collinea