篇第5章船模阻力试验
船舶阻力船模阻力试验
第13页/共27页
§4-3 几何相似船模组试验
集合相似船模组试验是指几何相似而大小不 等的一系列船模的总称。作用有
1、验证傅汝德假定的正确性 2、确定形状因子 3、研究推进效率中各成分的尺度作用
13
第14页/共27页
一、验证傅汝德假定的正确性
14
第15页/共27页
2、确定形状因子（1+ k ）
，在相同 的条件下才 能准确地判 别船型的优 劣。
1、傅汝德表达法比较阻力性能
23
第24页/共27页
24
第25页/共27页
2、泰洛表达法比较阻力性能
由于
表达法只要换算到相同
船长情况下的对应曲线，就可以比较不 同船型的阻力性能。这样在相同的傅汝
德数时的阻力性能的比较，实际上就是 在相同速度下对不同船型阻力性能的比 较。若在设计时船长和速度已知，则在 相应的傅汝德数处绘一垂线，即可得对 应的优良阻力性能船型。
注意：二因次法虽有不足之处，但由于误差 较小，尚能比较准确的满足工程实际需要， 故此方法具有工程应用价值，曾被广泛采用 ，现在仍被一些试验池继续采用。
9
第10页/共27页
二、三因次换算法
1、基本思想
1）粘压阻力和摩擦阻力合并为粘性阻力并 与雷诺数有关。 2）兴波阻力与傅汝德数有关。 3）根据船模试验结果，认为粘压阻力系数 与摩擦阻力系数之比是一常数k，则有：
§4-2 船模与实船的阻力换算
一、二因次换算法
1、假定
1）假定船体总阻力可以分为摩擦阻力和剩余阻 力两部分，且摩擦阻力和剩余阻力相互独立。
6
第7页/共27页
2）相当平板假定：假定船体的摩擦阻力等于同 速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。 2、二因次换算关系
船模实训报告
网络教育学院船模性能实验》实验报学习中心：层次：专升本专业：船舶与海洋工程学号：学生：完成日期： 2013年2月6日《告实验报告一一、实验名称：船模阻力实验二、实验目的：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。
其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。
（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。
（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。
（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。
此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。
（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门体对阻力的影响。
（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。
（8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。
三、实验原理：1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。
（1）船模与实船保持几何相似。
（2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。
（3）船模与实船傅汝德数相等。
2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。
称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？??1mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。
2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。
二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ittc性能委员会推荐的换算方法。
船模阻力实验实验报告
船模阻力实验
一、实验准备及安装要点
船模在拖曳水池中进行阻力实验,必须进行一系列实验准备工作.
1.制作船模：船模与实船要求几何相似,并表面光洁，加工误差在一定得范围内。
2.激流：一般应用得激流方法就是在船模首垂线后L／20处,装置直径为1毫米得金属激
流丝。
3.称重:按縮尺比得要求计算喜欢摸得排水量并进行称重，加压载，以满足实验所要求得
型排水量与吃水.
4.安装：船模安装在拖车上,应使其中纵剖面与前进方向一致，拖力作用线位于中纵剖面
内,其作用点在水线面附近得位置上并保持水平。
试验中得进退、纵摇、升沉运动应不受限制。
二、模型参数与实验数据
1，阻力实验相关参数
满载池水状态水线长度：Ｌ＝3、８０3m
满载池水状态浸湿面积: S=2、737㎡
模型縮尺比：=40
实验水温: ｔ=淡水20°C
2,满载池水状态船模拖曳阻力实验数据
三、阻力换算二因次法：
淡水20°C,，，，,
数据处理如下表：
四、船模阻力实验曲线（曲线)
1、曲线
2、V S—R S曲线。
演示文稿-船模阻力试验
C R CTm C Fm
其中CFS和CFm是实船和船模的摩擦阻力系数， 按1957年国际船池会议建议的公式计算，△CF 是摩擦阻力附加补贴值（或称相关因子），习 3 惯上取: CF 0.4 10
实船的总阻力和有效功率:
RTS 0 CTS 0 1 2 s SV s 2
(N)
4、检查水温测量装置工作是否正常，并记 录水池水温（在水深方向的温差应小于2℃）； 5、调整船模的排水量、浮态，使其符合试 验要求，同时船模在水下部分的表面上应无气 泡；
6、导向器的安装应灵活可靠，激流丝的安 装要正确，参见图1； 7、拖点的位置以及拖力的方向要与实船一 致，对于一般的排水量船，通常拖点高度就取 在水线面上。
ν m：池水的运动粘性系数，
（m2/s）；
可根据船模在低弗劳德数（Fr=0.1-0.2）范围的 试验结果按下式算出：
CTm Fr n (1 K ) A C Fm C Fm 式中（1+K）、A、n等数值由最小二乘法确定，
指数n的范围一般为2～6。也可采用普鲁哈斯卡方法进 行计算确定。 （注：为了获得最小的标准误差，应对船模阻力试验结 果作出曲线，经光顺后重新选取航速与阻力值对应点 再进行（1+K）等值的计算。）
1、1978年15届国际船模水池会议（ITTC） 推荐的三因次换算方法；
2、我国习惯使用的二因次换算方法
三因次换算方法：
C Tm RTm 1 2 m S mV m 2
CTm ：船模总阻力系数；
RTm ：船模总阻力（N）；
m ：池水密度（kg/m3）；
S m ：船模湿表面积（m2）；
Vm ：船模速度（m／s）；
4、试验过程中，将每个速度所对应的 船模阻力值点绘在坐标纸上，以便随时检查 阻力曲线的光顺程度，判断试验结果是否可 信。对于有疑问的试验点应及时重做，或在 其附近增加试验点； 5、记录水池水温。
船模阻力实验实验报告
船模阻力实验
一、实验准备及安装要点
船模在拖曳水池中进行阻力实验，必须进行一系列实验准备工作。
1.制作船模：船模与实船要求几何相似，并表面光洁，加工误差在一定的范围内。
2.激流：一般应用的激流方法是在船模首垂线后L/20处，装置直径为1毫米的金属激流
丝。
3.称重：按縮尺比的要求计算喜欢摸的排水量并进行称重，加压载，以满足实验所要求的
型排水量和吃水。
4.安装：船模安装在拖车上，应使其中纵剖面与前进方向一致，拖力作用线位于中纵剖面
内，其作用点在水线面附近的位置上并保持水平。
试验中的进退、纵摇、升沉运动应不受限制。
二、模型参数和实验数据
1，阻力实验相关参数
满载池水状态水线长度：L=3.803m
满载池水状态浸湿面积：S=2.737㎡
模型縮尺比： =40
实验水温：t=淡水20°C
2,满载池水状态船模拖曳阻力实验数据
三、阻力换算
二因次法： )(tm fm fs ts C C C C -+=
淡水20°C ，）（s m /100374.012
6-⨯=υ ，3
998.16/kg m ρ=
20.075(lg Re 2)Cfm =
-，
Re vl m υ=，2
12
Rts Vs Ss ρ=,2,Vs Ss Sm λ== 数据处理如下表：
V R-曲线）四、船模阻力实验曲线（m m
V R-曲线
1、m m
2. V S-R S曲线。
《船舶快速性》船舶阻力思考题
《船舶快速性》：上篇《船舶阻力》思考题及参考答案第一章绪论一、名词解释兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力、雷诺定律（粘性阻力相似定律）、傅汝德定律（兴波阻力相似定律、重力相似定律）、全相似定律、形似船、相应速度、傅汝德比较定律、相当平板假定、傅汝德假定二、问答题1、根据船体周围流体的流动状态分析阻力的成因及分类？（船舶在水中航行时，其周围流场产生哪些物理现象？它们与阻力有何关系？）（船舶阻力为何要划分几种不同的阻力成分，如何划分？）2、总阻力中各阻力成分随Fr数的变化（不同航速的船）大致占总阻力的百分数是多少？3、在船模试验时，为什么实船与船模之间不能实现全动力相似？4、傅汝德比较定律是如何推导出来的？5、傅汝德假定的根据是什么？其有什么局限性？6、傅汝德换算关系式是如何推导出来的？（在船模试验中，如何计算实船的阻力？）第二章粘性阻力一、名词解释边界层、界层边界、尺度效应（尺度作用）、普遍粗糙度、局部粗糙度、傅汝德法（二因次换算法）、三因次换算法、形状因子（形状因素）、形状系数二、问答题1、在计算船体摩擦阻力时，为什么要引入“相当平板”概念？2、船体周围的边界层与平板的有何不同？3、影响边界层内流体流态的主要因素是什么？为什么实船可以不考虑界层层流的影响，而船模必须考虑层流的影响，如不考虑则会出现什么问题？答：出现问题：摩擦阻力是界层内层流流动的比紊流流动的的大；粘压阻力是界层内紊流流动的比层流流动的的大。
4、船体表面弯曲度对摩擦阻力有何影响？5、为什么实船必须要考虑表面粗糙度对其摩擦阻力的影响而船摸则不需考虑？对于钢船如何考虑表面粗糙度的影响？6、船体的粘压阻力是怎样产生的？流线型物体的粘压阻力是怎样产生的？7、为什么船体的后体越细长越平顺，粘压阻力越小？试分析和说明粘性阻力较小的物体（如深水中航行的核潜艇）其形状是什么样子？8、如何减小粘性阻力（摩擦阻力、粘压阻力）？9、二因次换算法（傅汝德）和三因次换算法的区别是什么？分别是如何计算船舶粘压阻力的？第三章兴波阻力一、名词解释船行波、破波二、问答题1、大小不同但几何相似的两条船，在什么条件下它们的兴波图形相似，为什么？2、什么是横波、散波？什么是首波系，什么是尾波系？绘出船的兴波图形加以说明。
船舶原理PPT讲义-船舶阻力试验
三、船模阻力试验的依据
1、实现全相似条件
若 FNm FNs RNm RNs
则 CTm CTs 称为全相似
下标 m: model s: ship
全相似不可能
RN
L
L gL
L gL
gL FN
Slide 8
若要 FN 和 RN 都相等，则必须有
3
3
Ls gLs Lm gLm → Ls 2 Lm 2
1. 速度以Fr表示——不同长度无量纲化有不同形式
L FNL gL
船长Fn
1
3 Fn
1 排水体积Fr（高速船，滑行状态）
g3
Slide 30
B FnB gB
H FnH gH
2. 阻力系数
Ct
Rt
1 2S
2
Ct
Rt
1
2
23
2
CT RT
Slide 31
船宽Fn 水深Fn（浅水状态）
第五章 船模阻力试验
船舶阻力的定量数据，对影响阻力的船型特 点的认识，来源于试验。今天船舶计算流体力学 已经有了相当的发展，试验地位已经有所改变， 但试验认识不可缺少的，从各国重视水池的情况 可见一般。
5-1船模阻力试验目的及试验设备概述
一. 试验设备情况 投资巨大 阻力试验——拖曳水池
拖车式（大部分） 重力式
③ 现状 超级系列已经不大做了
a) 常规的已经有了 b) 经济上不合算 c) 船型发展上，主尺度→线型改进；球首尾；
双尾；双体；蝸尾等
Slide 6
2. 商业性试验和船型修改 3. CFD-Validation与计算比较。
船模试验的目的： 船型研究、确定设计船舶的阻力性能、预报实船性
第二篇第5章船模阻力试验
式中：ks为船体表面粗糙度，取
(m).
Lwl为水线长度(m)。
A；TS为2为水- 2湿线5 面以积上船体及上层建筑在横中剖面上的投影面积
船模和实船的阻力换算
由上述讨论可知．在用傅汝德的二因次换算时，由船模阻 力试验测量的是总阻力Rtm，在扣除相当平板摩擦阻力Rfm 后得到剩余阻力Rrm，其中Rfm由平板公式计算所得，模型 试验所要求解决的只是Rrm。但在三因次换算中，需要靠 船模试验解决的是兴波阻力Rwm及形状因子（1 十k）。 于1932 年创立了国际船模试验池会议．三因次换算方法 在原来傅汝德方法假定的基础上更为完善，但由于雷诺数 无法相似所带来的尺度作用以及粘性与兴波相互干扰等问 题尚需作进一步的研究。
3.709103
(Cr )2m- 15(Ct )m (C f )m (3.709 3.120) 103 0.589103
计算实例
根据式(5-11)有（不计 ） (Ct )s (Cf )s (Ctm Cfm ) (1.550 0.589) 2.139103
Ls=7.229Χ24=173.5m 由傅汝德数相等之条件可得：
Vm
1
Vs
1 6.173 1.26m / s 24
2 - 14
Rem
vl
(
)m
1.26 7.229 1.139106
7.997106
计算实例
Res
(
vl
)s
6.173173.5 1.188106
，代人上式有： 由式2(-51-211)求得实船总阻力系数Cts后，可算出总阻力。
Frm Frs
船模实训报告
船模实训报告网络教育学院船模性能实验》实验报学习中心：层次：专升本专业：船舶与海洋工程学号：学生：完成日期： 2013年2月6日《告实验报告一一、实验名称：船模阻力实验二、实验目的：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。
其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。
（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。
（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。
（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。
此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。
（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门体对阻力的影响。
（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。
（8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。
三、实验原理：1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。
（1）船模与实船保持几何相似。
（2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。
（3）船模与实船傅汝德数相等。
2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。
称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？1mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。
2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。
二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ittc性能委员会推荐的换算方法。
船模阻力试验
1、二因次换算时，摩擦阻力有相当平板公式计 算，模型试验所要解决的是船模的剩余阻力。
2、三因次换算时，摩擦阻力有相当平板公式计 算，模型试验所要解决的是船模的兴波阻力和 形状因子（1+ k ）。此法更完善。
48
48
05
PART FIVE
试验报告与数据表达
49
5 试验报告
船模阻力试验目的 船模阻力试验相似准则 船模阻力试验主要仪器设备 试验船型主尺度 船模阻力试验程序
42
4.1 二因次换算法
换算关系
43
4.1 二因次换算法
不足之处 1）忽略了摩擦阻力和剩余阻力之间的相互影 响，而事实上，两者互相之间由于影响。但 一般认为影响较小，且目前无可靠的计算方 法，所以在工程应用中忽略不计。 2）将摩擦阻力和粘压阻力这两种不同性质的 力合并为剩余阻力，且认为符合傅汝德比较
定律，在理论上是不恰当的。
44
4.1 二因次换算法
3）用相当平板的摩擦阻力来代替船体摩擦阻 力，误差是必然存在的。 注意：二因次法虽有不足之处，但由于误差 较小，尚能比较准确的满足工程实际需要， 故此方法具有工程应用价值，曾被广泛采用 ，现在仍被一些试验池继续采用。
45
4.2 三因次换算法
基本思想
将实船按照一定的缩尺比，制成几何相似船模 在满足一定试验条件下，在船池中拖曳以测得 船模阻力与速度之间的关系 主要研究船模在水中等速直线运动时所受到的 作用力及其航行状态
5
1 试验目的与意义
船型研究
确定设计船舶的阻力性能
预报实船性能
6
1 试验目的与意义
系列船模阻力试验
研究各种阻力成分试验
7
1 试验目的与意义
船模阻力实验
中山大学本科生实验报告书院系工学院应用力学与工程系专业班级理论与应用力学10级实验课程实验流体力学姓名程彬学号 ******** 实验地点中山大学工学院流体实验室实验时间 2013年 6 月 7 日指导教师苏炜船模阻力实验船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。
如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。
迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。
近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。
但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。
综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。
一、实验目的和内容1. 测定船模阻力与速度之间的关系。
2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。
二、实验方法图1为我校试验水池简图。
拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。
图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。
图1试验时，预先根据实船速度Vs ，按相似定律确定船模速度Vm ，λ/s m V V =式中MSL L =λ，称缩尺比。
图2拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm ），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm ）。
记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。
重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。
三、由船模试验结果换算到实船阻力的方法由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。
船模试验只能测得其总阻力。
船模阻力试验
池水应保持清洁，第一次拖曳前应进行破水。为避免残留水速的影响，两次拖曳之间应有一定的时间间隔。 试验时，船模的中纵剖面应与前进方向保持一致，为防止偏航丽在船模首、尾安装的导航装置不应妨碍船模的纵 向和垂向运动。拖力的作用线应位于中纵剖面内并保持水平，拖点的高度位置应在水线面附近。每次阻力试验的 试验点应不少于15个，且要均匀地分布。采用强迫自航方法时，应至少要有4组试验速度(实船试航速度应在其范 围内)，各组的速度间隔也应较为均匀。
船模阻力试验
船舶学术语
目录
01 简介
03 船模试验水池
02 系统 04 试验状态及过程
船模阻力试验是用与实船几何相似的船模，在船模试验池内进行的。在船模试验池中可以测定出各种速度下 船模的阻力，从而得出船模的阻力与速度之间的关系曲线，根据一系列这样的曲线就可分析比较船型的优劣。船 舶各个阻力成分，除摩擦阻力可借助于相当平板摩擦阻力公式算出以外，其它如粘性压差阻力、兴波阻力等，事 实上都是由船模阻力试验来加以确定，即使求解阻力的近似公式也是以船模阻力试验为依据。
船模有木模和蜡模两种，前者轻而坚固，不易变形，但加工费时，成本较高；后者易加工，便于改型，但不 宜久藏。
系统
系统地改变某些船型参数的成套船模阻力试验。对船型的各种参数作一系列系统的改变，试验其在不同速度 时的阻力，将试验结果用图谱形式发表，供船舶设计学使用。最著名的系列冉几模阻力试验有早期的泰洛标准船 模系列和后来的陶德系列57和系列60等。国内外也有许多造船工作者进行系列船模阻力试验研究，并以图谱或回 归公式发表。系列船模试验的内容很多，如系列变化排水量长度系数，该系数是表示船体肥瘦，长短的重要参数； 系列变化棱形系数、方形系数、中横剖面系数等。对一定排水量和长度的船，棱形系数大者表示排水量平均分布 于船的全长而两端较钝，小者则表示排水量集中于船的中部。若排水量、长度和棱形系数已定，改变其宽度并相 应改变吃水，可得到不同的宽度吃水比对阻力的影响。也可改变平行船体、最大横剖面位置和横剖面面积曲线两 端的形式，或改变船首和船尾形式等，进行系列试验。
船舶阻力船模实验报告
船舶阻力船模实验报告实验目的：本实验旨在通过船舶阻力的船模实验，探究船舶在运动中所受到的阻力及其影响因素，并对实验结果进行分析和讨论。
实验装置和材料：1. 船模装置：用于模拟真实船舶运动的实验装置，包括船模、推进器、测力传感器等。
2. 测力传感器：用于测量船模受到的阻力大小。
3. 航行介质：为了保证实验的准确性和可重复性，我们选择使用同质的水作为航行介质。
4. 启动装置：用于控制船模的启动和停止，确保实验过程的可控性。
实验步骤：1. 准备工作：安装船模、推进器和测力传感器，并确保各设备的正常运作。
2. 实验参数设置：根据实验需要，设置船模的初始位置、速度和船模与水的接触面积等参数。
3. 开始实验：启动装置使船模开始运动，在船模运动的过程中，测力传感器记录下船模所受到的阻力。
4. 实验数据记录：根据实验参数设置，实时记录下船模受到的阻力大小和相应的运动参数，如速度、时间等。
5. 实验重复：重复实验步骤3和步骤4，进行多次试验，以获得更加准确和可靠的数据。
6. 实验结束：停止船模运动，关闭实验装置，记录实验过程中的观察和发现。
实验数据处理和分析：1. 数据处理：整理所获得的实验数据，计算不同条件下船模受到的平均阻力和标准差。
2. 数据分析：根据实验数据，探究船舶阻力与船模初始速度、接触面积等参数之间的关系，并进行相关性分析。
3. 结果讨论：根据实验分析的结果，讨论船舶阻力的影响因素，并解释实验结果的合理性。
4. 总结：对实验过程和结果进行总结，提出改进实验设计和进一步研究的建议。
实验安全注意事项：1. 在实验过程中，注意保持实验区域的整洁和安全，避免杂物或障碍物对实验的干扰。
2. 操作实验装置时，注意遵守使用说明和操作规程，确保设备的正常运作和人身安全。
3. 在实验过程中，严禁向实验区域投掷物体或进行不安全操作，保证实验环境的安全。
4. 当实验装置出现故障或异常情况时，应立即停止实验，并及时报告相关人员进行处理。
船模阻力实验报告
⑾×⒁
+⑿+⒂
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
船模缩尺比α=附件计算者校对者
排水量
水线长度
吃水
型深
湿水面积S
水温
密度ρ
动力粘性系数v
（t）
（m）
（m）
（m）
（m2）
（℃）
kg/m3
m2/s
实船
船模
⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
⑹
⑺
⑻
⑼
⑽
⑾
⑿
⒀
⒁
⒂
⒃
⒄
⒅
⒆
Vs
Vs2
υm
υm2
υm
Rtm
Rem
Cfm
ρmsmυm2
Ctm
Crm
Res
Cfs
△Cf
Cts
ρsssυs2
Rts
⑸ ·υm⑼ ρmsmυm2=·υm2⒁取△Cf=
⑺Rem= =·υm⑿Res= =·Vs⒄Rts= Cts· ρSSSυS2
有 效 功 率 计 算 表（2）
船模编号激流情况试验日期年月日
船模缩尺比α=附件计算者校对者
排水量
水线长度
吃水
型深
湿水面积S
水温
密度ρ
动力粘性系数v
（t）
（m）
（m）
（m）
（m2）
试验状态平均吃水m排水量tpekw航速kn三试验结果分析讨论四附试验记录和计算表试验号数船模水线长船模材料船模号数垂线间长lbp要求速率数cm摆称拉力平行下沉cm1011121314151617181920tmrermreknkn103103103103101112131415161718计算关系式0075logre2tmrewmresknkn103103103103101112131415161718计算关系式0075logre2
船模阻力实验
中山大学本科生实验报告书院系工学院应用力学与工程系专业班级理论与应用力学10级实验课程实验流体力学姓名程彬学号 ******** 实验地点中山大学工学院流体实验室实验时间 2013年 6 月 7 日指导教师苏炜船模阻力实验船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。
如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。
迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。
近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。
但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。
综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。
一、实验目的和内容1. 测定船模阻力与速度之间的关系。
2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。
二、实验方法图1为我校试验水池简图。
拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。
图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。
图1试验时，预先根据实船速度Vs ，按相似定律确定船模速度Vm ，λ/s m V V =式中MSL L =λ，称缩尺比。
图2拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm ），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm ）。
记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。
重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。
三、由船模试验结果换算到实船阻力的方法由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。
船模试验只能测得其总阻力。
船模阻力实验报告
船模阻力实验报告
近日，我们小组开展了一项有趣的船模阻力实验。
这项实验主
要是想通过测量不同类型的船模在水中的阻力，来探究船模的设
计和制造中应当注意的问题，从而应用于实际的船舶生产中。
首先，我们选取了几种不同类型的船模进行实验。
包括传统的
帆船、快艇、游艇以及赛艇等。
为了保证实验的准确性和科学性，我们将每个船模在水中的阻力分别记录了5次，然后取平均值作
为最终的实验结果。
实验中，我们还针对水温、水流等因素进行
了一系列的控制，以确保每次实验的环境相同。
经过实验，我们发现不同类型的船模在水中的阻力是有很大差
别的。
其中，游艇和赛艇的阻力最小，而帆船和快艇的阻力则较大。
特别是帆船，其阻力最大，可能与其较大的船体面积和宽体
船身有关。
此外，我们还观察到，在相同类型的船模中，设计和
制造的差异也会影响其在水中的阻力，这表明了在选择和制造船
模时需要考虑到诸多的因素。
我们还了解到，阻力是造成船舶浪费能量和燃料的主要因素之一。
因此，在实际的船舶生产中，减小阻力是船舶设计中的一个
重要目标，尤其是在当下环保、节能的理念越来越受到关注的背
景下。
通过我们的实验，也可以为船舶设计者提供一些指导和参考，帮助他们更好地把握船舶设计中的阻力问题。
最后，我们还对实验结果进行了分析和总结，并对未来的实验展开了进一步的规划和研究。
我们希望，通过这一项船模阻力实验，能够为我们更深入地了解和探究船舶设计和制造中的问题和挑战，为船舶生产的发展做出一点小小的贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
28962 kgf (283 .83kN)
船模和实船的阻力换算
3 ．傅汝德法的不足之处 近百年来，傅汝德提出的换算法在世界各国试验池中曾被 广泛采用，直到现在仍被一些试验池继续采用．其原因在 于傅汝德假定计算所得结果一般与实际相当接近。 但是严格地讲，傅汝德假定既不完善也不合理。 首先，傅汝德把船体阻力分成互不相关的两个独立部分． 一部分仅与重力或傅汝德数有关；另一部分仪与粘性或雷 诺数有关。忽略了两者的相互影响．事实上，这种影响是 存在的，一方面粘性不断地消耗波能，同时由枯性而产生 的边界层改变了流线的形状，特别是船尾流线的改变更为 显著，因而改变了船体压力分布，影响兴波阻力，另一方 面，兴波作用改变了湿面积的形状及大小，同时由于水质 点的轨圆运动改变了水与船体的相对速度，
若雷诺数相等，则有
船模阻力试验的目的、试验设备概述
• 若雷诺数和傅汝德数同时相等，则船模和实船的长度及 运动粘性系数应满足
• 这里下标m、s分别代表船模和实船的数据，设实船对船
模的尺度比
，则由式( 5 一1 ）得：
• 要满足此式实际上存在困难，因为要求试验池中介质的 粘性系数仅为实船航行介质的1 / 216
应该指出：实船船体表面比较粗糙，故实船摩擦阻力为
船模和实船的阻力换算
，其中△Cf为粗糙度补贴系数，按不同船长选取。船模摩
擦阻力为
由于船模具有“光滑表面”，所以不存在粗糙度问题。
傅汝德换算关系式亦可用无量纲形式表示，若将式(5-6)
式两边除以
，则可得无量纲形式
式中
，称为剩余阻力系数。因在相应速度时；
必须在
以上，并且在首部5%Lm处安装激流装置，
才能满足船模边界层中的水流处于紊流状态。否则船模阻
力试验的结果因层流影响而不可能正确地换算至实船阻力
船模阻力试验的目的、试验设备概述
• 四、船模阻力试验方法
5 一2 船模和实船的阻力换算
一、傅汝德换算法 又称二因次换算法。这种方法，在20世纪60年代以前作为 标准方法为世界各国船模试验池采用。 l ，博汝德假定 船模与实船不能同时满足雷诺数和傅汝德数相等，所以船 模阻力试验实际上仅仅在保持傅汝德数相等的情况下进行 的。为了能从船模试验结果求得实船的阻力，傅汝德作出 了下列假定： ( l ）假定船体总阻力可以分为独立的两部分。一为摩擦 阻力Rf只与雷诺数有关；另一为粘压阻力Rp，与兴波阻力 Rw合并后的剩余阻力Rr，只与傅汝德数有关，且适用比较 定律，表示为：
根据式(5-11)有（不计
）
(Ct )s (Cf )s (Ctm Cfm ) (1.550 0.589) 2.139103
实船湿面积 Ss Sm2 9.936 (24)2 5723 m2
所以实船之总阻力为
RtS
Ct'S
•
1 2
(
SV
2
)
S
(2.139 0.4) 10 3 1 104 .61 5723 6.173 2 2
船模和实船的阻力换算
最后．船体形状是相当复杂的三因次物体，其周围流动情 况与平板相比显然有一定差别。因而用相当平板的摩擦阻 力来代替船体摩擦阻力，必然是有误差的。 傅汝德假定虽有其欠妥之处，但尚能比较准确地满足实际 工程上的需要，其原因在子：粘压阻力Rpv 一般情况下在 总阻力中所占比重较小，且粘压阻力系数与Re关系不大， 即近似为常数，因此并入剩余阻力系数应用比较定律也不 致有明显误差，正因为上述缘故，根据傅汝德假定所得出 的船模阻力换算法一直沿用至今。
船模和实船的阻力换算
在相应速度时，即
，由比较定律得：
则得
这里下标m、s分别代表船模和实船的数据，考虑到船模剩余阻力
Rrm Rtm R fm
而 s s 3 m m
则有
式（5-9 ）称为傅汝德换算关系。显然．由船模试验得到 船摩擦模阻总力阻后力，Rtm即、可并得分实别船计在算相船应模航和速实时船的在总相阻应力速。度时的
• ，这是不切合实际的。
船模阻力试验的目的、试验设备概述
船模阻力试验，对水面船舶来说，实际上都是在满足重力 相似条件下，即保持Fr数相等的情况下进行的．由于试验 是在部分相似条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于 某些假设，诸如傅汝德假定、休斯假定等才能得到相应的 实船总阻力。这里需要特别注意的是：船模阻力试验虽然 无法满足与实船的雷诺数相等，实船船体周围边界层中的 水流都是处于紊流状态，因而要求船模试验时边界层中的 水流也要处于紊流状态。因此船模试验的雷诺数
船模和实船的阻力换算
二、三因次换算法 又称〔 1 + k ）法，由于傅汝德法将粘压阻力和兴波阻 力两种不同性质的力合并进行换算，不但在理论上不妥， 而且在实用上，特别是对于肥大船将出现△ Cf为负值等 问题，因此休斯子20 世纪50 年代提出了三因次换算法。 经过20 多年不少学者的研究补充，在实用上趋于完善。 在1978 年的ITTC 会议上，被推荐为标准的换算方法。 1 ．三因次换算方法的基本思想 休斯提出的三因次换算方法对几种阻力成分的处理主要有： ( 1 ｝粘压阻力与摩擦阻力合并为粘性阻力并与雷诺数有 关．
船模和实船的阻力换算
在波峰处的相对速度有所减小，在波谷处则增大，因之影 响了粘性阻力。所以．严格地讲，船体总阻力
或
式中Rvw是波浪对粘性阻力的影响；Rwv是粘性对兴波阻力 的影响。但这种相互影响间题研究得较少，一般认为影响 较小，且目前无可靠的计算方法，所以在工程应用中忽略 不计。其次，傅汝德将兴波阻力和粘压阻力这两种不同性 质的阻力成分合并为剩余阻力，并认为符合傅汝德比较定 律，在理论上是不恰当的。
，代人上式有：
由式(5-11)求得实船总阻力系数Cts后，可算出总阻力。
Frm Frs
Vm Vs
gLm
Байду номын сангаас
gLs
Vm2 Ls Lm
Vs2
Vm2 Vs2
Vm2
s Ss
/ m / Sm
Vs2
SmVm2 SsVs2
m
s
1 2
m
SmVm2
1 2
s
SsVs2
mm
ss
1 2
m
SmVm2
1 2
s
SsVs2
3 ．预报实船性能 4 ．系列船模试验 5 ．研究各种阻力成分试验 6 ．附体阻力试验 7 ，流线试脸 8 ．航行状态的研究
船模阻力试验的目的、试验设备概述
二、船模试验池 船模试验池是进行船舶性能研究试验的重要设施，因而世 界各国均普遍建造了各种船模试验池。 普通的船模试验池，其主要任务是进行船舶模型的拖曳、 螺旋桨性能、自航及耐波性等试验。船模试验池按照拖曳 船模的方式可分为拖车式和重力式两种。
船模阻力试验的目的、试验设备概述
三、船模阻力试验的依据 由第二篇l 一3 的阻力相似定律可知：如果船模和实船能 实现全相似，即船模和实船同时满足Re和Fr数相等，则可 由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数，这样实船的 总阻力亦可精确决定。但船模和实船同时满足Re、Fr二数 相等的所谓全相似条件实际上是难以实现的。 1 ．实现全相似的条件 如果要求实船与船模满足傅汝德数相等，则有：
船模和实船的阻力换算
2 ，三因次换算方法的阻力换算关系 ( 1 ）船模总阻力系数
式中Cwm为船模兴波阻力系数。 ( 2 ）实船总阻力系数在相应速度时为：
考虑到式（5 一15 ) ，则有
15 届ITTC 推荐的（l + k ）法计算式为： 无舭龙骨时，
船模和实船的阻力换算
装有舭龙骨时，
式中：ΔCf及Cus分别为粗糙度补贴系数和空气阻力系数； S 及Sbk分别为实船的湿表面积和舭龙骨面积。 3 ．计算步骤 按式（5 一18 ）或式（5 一19）由船模阻力试验可以换 算得到实船的总阻力。 ( 1 ) Cfm、Cfs分别为船模和实船的摩擦阻力系数，可用1 957 一ITTC 公式计算。 ( 2 ）根据傅汝德数Fr =0.1 一0.2 范围内的试验结果， 可用两种方法确定（l 十k ）值。 （a）普鲁哈斯卡法：可按下式决定
船模和实船的阻力换算
( 2 ）兴波阻力与傅汝德数有关。 ( 3 ）据船模试验结果．认为粘压阻力系数Cpv与摩擦阻 力系数Cf之比是一常数k ，则有：
式中k 称为形状系数，以(1十k ）为形状因子，仅与船体 形状有关． 由于休斯提出的这一换算法与船体形状有关，并引人形状 因子（1 十k ）。因此该法称为三因次换算法，又称（1 ＋k）法。
第5章 船模阻力试验
5 一1 船模阻力试验的目的、试验设备概述 5 一2 船模和实船的阻力换算 5 一3 几何相似船模组试验 5 一4 船模阻力数据表达法
5 一1 船模阻力试验的目的、试 验设备概述
一、船模阻力试验的目的 1 ．船型研究 通过船模阻力试验比较不同船型阻力性能的优劣。 2 ．确定设计船舶的阻力性能 对具体设计的船舶，通过船模阻力试验，计算实船的有效 功率，供设计推进器应用。
m
s
计算实例
•已知船模的湿面积Sm=9.936m2,水线长Lm=7.229m,由船模 试验测得的总阻力Rm=2.98kgf(29.2N),若实船对船模的尺 度比λ=24,航速Vs=12kn，求实船之总阻力。
•解：Vs=12Χ0.5144=6.173m/s
•
Ls=7.229Χ24=173.5m
•由傅汝德数相等之条件可得：
船模和实船的阻力换算
而 ( 2 ）假定船体的摩擦阻力等子同速度、同长度、同湿面
积的平板摩擦阻力，因此，可以用平板摩擦阻力公式 什算船体的摩擦阻力，通常称为相当平板假定。 2 ．傅汝德法的换算关系 如果满足傅汝德数相等组织船模试验，同时应用傅汝 德假定，便可将试验结果换算得实船在相应速度时的 总阻力。由假定知，实船的总阻力可表示为：
几何相似船模组试验