船舶原理教学试验指导书

船舶原理教学试验

指导书

《船舶原理》课程组编

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

2007年5月

编者序

《船舶原理》是船舶与海洋工程专业一门主要的专业基础课程，它的主要任务是：通过各个教学环节，培养学生以流体力学为基础，分析和解决船舶航行性能中有关问题的方法，特别注重创新精神和实践能力的培养。通过本课程的学习，使学生初步具有从事本领域实际工作和科研工作的能力，并为学习后续课程——《船舶设计》打下坚实的基础。

《船舶原理》虽然是一门专业基础课程，但包含的内容相当广泛，有很强的实践性，既有许多大型作业和课程设计，又有许多试验工作，而且船舶航行性能中有众多需要研究解决的问题，这为本课程教学中贯彻加强实践能力和创新精神的培养提供了广泛的领域。上海交通大学拥有船模试验池、空泡水筒及海洋工程水池等配套齐全、设施一流的船舶流体力学试验研究基地，这为本课程贯彻培养学生实践能力和创新精神提供了极为有利的条件。《船舶原理》教学试验指导性文件是课程建设的重点内容之一，是《船舶原理》教材配套的指导性教学文件。根据《船舶原理》课程的教学内容，任课老师和实验室应有计划、有目的地组织安排学生参加规定的教学试验、开设选修的教学试验和开放性试验，鼓励学生参加部分科研或实际试验工作，或利用相关设备进行探索性的试验研究。

本书共分三章，第一章是教学计划中规定的试验，即选读本课程的每位同学都必须参加的试验，在完成试验以后应提交相应的实验报告。第二章是选修试验，对于学有潜力且有兴趣的同学参加较为复杂的试验，并提交相应的试验分析计算报告。第三章是开放性试验，鼓励选读本课程的同学，利用相关设备进行探索性的试验研究。我们把教学试验内容的扩大和分成三个层次的目的，主要是贯彻因材施教和重视个性教育，尽可能做到加强对学生实践能力和创新精神的培养。但这毕竟是本课程教学内容和教学方法改革的一种尝试，希望师生们在教学实践中不断补充修正，使之日臻完善。

编者 2007年5月

于上海交通大学

目录

编者序

第一章教学计划规定的试验 (1)

1-1 船模阻力试验指导书 (1)

1-2 螺旋桨模型敞水试验指导书 (11)

1-3 螺旋桨模型空泡试验指导书 (17)

1-4 自航船模操纵性试验指导书 (22)

1-5 船模横摇试验指导书 (30)

第二章选修试验 (41)

2-1 船模自航试验指导书 (41)

2-2 船模轴向伴流场试验指导书 (55)

2-3 船后伴流场中螺旋桨模型空泡试验指导书 (61)

第三章开放性试验 (66)

3-1 实验室概况 (67)

3-2 改善船舶航行性能的若干基本思路 (70)

第一章 教学计划规定的试验

1-1 船模阻力试验指导书

一、船模阻力试验的目的

船舶在静水中等速直线航行所遭受的水阻力大小，是衡量船舶航行性能中快速性优劣的重要指标。快速性优良的船舶，在直线等速航行时遭受的阻力要低。船模阻力试验是目前研究船舶阻力性能的重要手段。现时可供设计应用的优良船型资料以及估计阻力的图表公式都是过去长期积累的模型系列试验结果。因此船模阻力试验的目的可归结为：

1．对于某一具体的新设计船舶，通过模型阻力试验，确定实船的阻力和有效功率，为推进器的设计提供可靠数据。因此，试验和分析工作包括：（a）船模的阻力曲线；（b）船模数据换算至实船的阻力和有效功率。

2．船模的系列试验曾作为寻求各类船舶优良船型的主要研究手段。

3．作为教学试验，其目的是使同学对船模阻力试验的过程有比较全面的了解，掌握模型试验结果换算至实船阻力及有效功率的具体方法，加深对课程相关内容的理解，培养进行科学试验研究的实践能力。

二、船模阻力试验设施

船模在静水中的阻力试验通常都是在狭长的拖曳水池中进行。交大拖曳水池主要尺度为110m（长）×6m（宽）×3m（水深），国际上大型拖曳水池的长度都在200m以上，宽度10m以上，水深4~5m以上。

1．船模

根据实船提供的船型参数及型线图，选取适当的缩尺比按几何相似要求，制作船模。

交大水池用于阻力试验的船模长度通常是3-4m，国际上大型水池的船模长度为6m，小型水池所用的船模长度常小于3m。

2．测试设备

阻力试验主要测量的数据是船模在直线等速度

V前进时对应的水阻力

m

tm R 。通常由测速装置测定船模速度m V ，阻力仪测定船模阻力tm R 。船模的拖曳速度m V 就是拖车的速度，由记录所得的拖车行驶距离和相应的时间求得。拖车行驶的距离由记录测速轮转动一定距离的脉冲得到，时间由继电器记录每秒钟时间间隔的脉冲得到。

船模阻力tm R 由阻力仪测得。过去主要用机械式阻力仪进行测量，这类阻力仪一般由弹簧或摆称和砝码等组成，砝码平衡阻力的主要部分，其余则由弹簧或摆称进行测量。现时所有的船模试验池基本上都已使用电测式阻力仪，船模阻力由测力传感器记录得到。交大水池的电测阻力仪除测量阻力外，还可同时测量船模在等速行驶时的纵倾和平行下沉。

三、船模阻力试验的相似定律

1．相似关系

船模和实船必须满足几何相似的要求，如果实船和船模的线性缩尺比为λ，则实船与船模相应的线尺度之间都是λ的关系，例如

λ===m

s m s m s T T B B L L 式中，L 、B 、T 分别为船长、船宽、吃水，下标s 表示实船，m 表示船模。

相应的面积之间都是λ的平方关系，例如

2λ==m

s m s A A S S 式中，S 、A 分别为船体湿表面积和横剖面面积。

相应的体积之间都是λ的立方关系，例如

3λ=∇∇m

s 式中，∇为船的排水体积。

从《船舶阻力》课程中我们已知，要保持实船和船模的阻力全相似，必须做到粘性力和重力相似，即同时满足两者之间的雷诺数ν

VL R e =及傅汝德数