第四章船舶耐波性试验 船舶运动学教学课件

船舶耐波性试验1。静水中摇荡试验2。规则波中的运动试验：运动频响Y（w）3。不规则波中的运动试验:谱分析法求频响4。瞬态波试验。试验方法：“耐波性试验规程”船模试验实船试验横摇（横浪）纵摇、升沉（迎浪）六自由度运动（任意浪向）一、实验设备主要设备是造波机。原理：依靠振荡装置造成水压力场的周期性变化产生波浪。1。冲箱式造波机曲柄连杆机构的作用是使冲箱作近似简谐运动的垂直振荡运动。船舶耐波性试验船模在波浪中的运动和增阻试验一、实验设备2。摇板式造波机由平板和四连杆机构组成，四连杆机构使平板绕下端的水平轴摇荡。船模在波浪中的运动和增阻试验一、实验设备3。气动式造波机由鼓风机和调节阀门组成，通过调节阀门来控制气体对水面的压力变化而产生波浪。造波机造规则波原理水池三维方向波多单元造波机石川岛播磨重工业（IHI）技术研究所拖曳水池（侧壁反射方向波）水池：长210米、宽10米水深5米。30单元分段冲箱式，交流伺服电机（3.7kw*30）日本横滨国立大学拖曳水池方向波造波机Length100m*Width8m*Depth4m(WaterDepth3.5m)武汉理工大学24单元方向波造波机605所高速水池（亚洲最长最高速的拖曳水池）16单元摇板式造波机交流伺服电机（4kw*16)电动缸(冲程1000mm，速度1.0m/s）16单元摇板（0.4*2.6)水池尺度长：510米；宽6.5米；深5米拖车速度：第四章船舶耐波性试验第一节船模试验的相似条件船模试验的相似条件一、满足力学相似定律1。几何相似（线性尺度比例一样）2。运动相似（对应点速度值同一比例）3。动力相似（对应点的力的比值相同）尺度比船模试验的相似条件二、动力相似分析动力相似粘性力相似重力相似惯性力相似雷诺数相等傅汝德数相等斯图罗哈数相等次要作用主要作用船模试验的相似条件三、船模与实船各相同量之间的对应关系船模试验的相似条件四、质量分布相似（静力校准和动力校准）1。静力校准确定重量和重心位置2。动力校准确定其对纵轴或横轴的质量惯性矩五、池壁效应船模运动的兴波向池壁扩散并将反射回来干扰船模边缘的波浪，影响到原来波峰与波谷的位置，从而使船模运动发生改变。六、船模尺度选择尺度的选择要慎重考虑，应根据池壁效应、造波机的波长范围、池长、车速等因素来确定。通常船模长度在2到4米。船模尺度选择池壁效应池壁效应第四章船舶耐波性试验第二节静水中自由和强迫横摇试验静水中自由和强迫横摇试验一、静水中自由横摇衰减试验（实船或船模）1。试验目的：确定横摇固有周期、无因次衰减系数和附加质量惯性矩。2。实船自由横摇的具体做法：按预先的排水量浮于静水面上，实验指挥者让一批人由一舷跑到另外一舷，往返几次，使船摇荡起来，当达到5°左右，所有人员停止于中线面让船自由横摇，用陀螺仪输出横摇角信号，并用示波器横摇衰减曲线如下图：静水中自由和强迫横摇试验一、静水中自由横摇衰减试验横摇衰减曲线静水中自由和强迫横摇试验一、静水中自由横摇衰减试验3。初步阶段利用船模试验预报横摇运动性能目的：利用船模试验求横摇无因次衰减系数。方法：将校准好的满足相似规律的船模置于静水中，使船模横倾一角度，然后任其自由横摇，通过陀螺仪传送横摇角信号，用示波器记录横摇衰减曲线。静水中自由和强迫横摇试验二、静水中强迫横摇试验1。试验目的：确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇荡频率的关系曲线。2。试验作用：揭示了大角度横摇的非线性阻尼特性。3。计算方法：在简谐激振力矩M（t）=M0sinωt作用下，船模运动方程为：静水中自由和强迫横摇试验二、静水中强迫横摇试验3。计算方法：由上可得特解如下：可知等效阻尼系数和附加质量惯性矩为：第四章船舶耐波性试验第三节船模在波浪中的运动响应试验船模在波浪中的运动和增阻试验二、波浪中零速横摇试验1。试验目的：确定频率响应函数和有效波倾系数。2。试验方法：调整好船模置于水池中间，使船舷正对规则波的传播方向，两端用细绳系于池壁，船模完全自由。然后造一系列规则波（14到16个），记录不同波长情况下的横摇幅值和规则波波高，计算出放大因数，绘制如下放大因数曲线。船模在波浪中的运动和增阻试验二、波浪中零速横摇试验船模在波浪中的运动和增阻试验二、波浪中零速横摇试验3。实船横摇性能的预估：实船横摇谱密度：实船频率响应函数：实船横摇能谱：实船与船模的频率响应函数关系：查上图可得放大因数的值，然后即得实船的频率响应函数。船模在波浪中的运动和增阻试验一、波浪中零速横摇试验3。实船横摇性能的预估：计算有效波倾系数：消灭曲线其中：θm为共振横摇角Δθ可根据共振横摇角来查消灭曲线确定。放大因数为规则波共振时的值。波浪中零速横摇试验注意事项：1.试验造波频率范围大，包括谐摇区λ=（0.7~3）T2φmLm=2~4m2．在谐摇区，加密试验点3.试验波高小，保证线性ζ=（1/35~1/50）λ实船纵摇频响：实船升沉频响：二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验纵摇、升沉运动谱：二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验1。试验方法：试验选择几个适当的航速，在每个航速下船模在一系列频率的波浪上进行试验。垂荡与纵摇是耦合运动，同时存在。步骤如下：二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验垂荡运动纵摇运动实船的纵摇与垂荡性能的预估方法同横摇类似，不在赘述。二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验2。实验结果船模在波浪中的运动和增阻试验三、波浪中的阻力增量的平均值由于波浪作用和垂荡纵摇运动引起的兴波对船体绕流的共同影响，产生了附加阻力。船模在波浪中拖曳时的阻力比在静水中时大为增加。这部分增加的阻力定义为阻力增量。计算方法：由在波浪中拖曳航行的船模总阻力减去相同速度下在静水中拖曳航行的总阻力而得。船模在波浪中的运动和增阻试验1。船模在波浪中阻力的测量方法悬挂重量法测量在波浪中船模阻力的示意图，试验时按预先确定的几个航速逐一进行。在每个航速下，改变波长作出固定航速下总阻力随波长的变化曲线见下图。悬挂重量法船模在波浪中的运动和增阻试验1。船模在波浪中阻力的测量方法其中波长为0的阻力值就是静水阻力。船模在波浪中的运动和增阻试验1。船模在波浪中阻力的测量方法在上图获得给定波长时随速度变化的阻力值，与静水曲线绘在一起：由图容易求得一定速度下不同波长时波浪上的阻力增量。船模在波浪中的运动和增阻试验1。船模在波浪中阻力的测量方法试验结果达为曲线阻力增量波幅船模宽船模长阻力增量与波高的平方成比例船模在波浪中的运动和增阻试验2。波浪中实船阻力增量的平均值预估由于：船模在波浪中的运动和增阻试验2。波浪中实船阻力增量的平均值预估不规则波中阻力增量平方根的谱密度为：由船模试验确定船长船宽实船阻力增量平均值：