船模试验解析PPT课件
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船舶阻力船模试验解析PPT学习教案
2 比较船型不同，但大小相同的船舶之间阻力性能的优劣。
要求:
1 无量纲化，避免绝对尺度的影响，在任何单位系统中数值 都相同。 2 由于船型变化对Rr影响显著，而对Rf影响不大，因此选取Fr作
为 速度参数。当考虑与Rf有关的问题时，可取Re作为参数。 3 表达形式既要便于换算，又要真实反映不同船型的优劣。
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(2) 船舶推进方面的试验，如螺旋桨模型的敞水试 验、船模自航试验以及进行船体与螺旋桨的相互 作用问题的研究等；
(3) 船舶耐波性方面的试验，主要研究船模在波浪 上的运动和航行状态；
(4) 操纵性方面的试验； (5) 强度和振动方面的试验。
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船模系列试验：
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徐汇校区拖曳水池于1958年建成，是新中国最早建成的双轨道船模拖曳水 池。1978年成为国际船模试验池会议（ITTC）的成员，1984年被推选为 ITTC的顾问委员会委员，是海洋工程国家重点实验室的重要组成部分。
徐汇校区拖曳水池的长度为110m，宽6.0m，水深3.0m。拖车的最大拖曳速 度可达6.0m/s。冲箱式造波机可产生规则波和不规则波，最大波高可达 0.30m。
船模尺度↑, 任意等Fr线间的距离↓ Cr ↓ 实船Ct ↓ 。
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三、比较不同换算法的合理 性
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一 .目的和要求 目的:
1 指船型相同、大小不同的船舶之间的阻力换算。显然按不同缩尺 比均可由一个船模阻力资料换算得出大小不同船舶的阻力值。
要求:
1 无量纲化，避免绝对尺度的影响，在任何单位系统中数值 都相同。 2 由于船型变化对Rr影响显著，而对Rf影响不大，因此选取Fr作
为 速度参数。当考虑与Rf有关的问题时，可取Re作为参数。 3 表达形式既要便于换算，又要真实反映不同船型的优劣。
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(2) 船舶推进方面的试验，如螺旋桨模型的敞水试 验、船模自航试验以及进行船体与螺旋桨的相互 作用问题的研究等；
(3) 船舶耐波性方面的试验，主要研究船模在波浪 上的运动和航行状态；
(4) 操纵性方面的试验； (5) 强度和振动方面的试验。
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船模系列试验：
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徐汇校区拖曳水池于1958年建成，是新中国最早建成的双轨道船模拖曳水 池。1978年成为国际船模试验池会议（ITTC）的成员，1984年被推选为 ITTC的顾问委员会委员，是海洋工程国家重点实验室的重要组成部分。
徐汇校区拖曳水池的长度为110m，宽6.0m，水深3.0m。拖车的最大拖曳速 度可达6.0m/s。冲箱式造波机可产生规则波和不规则波，最大波高可达 0.30m。
船模尺度↑, 任意等Fr线间的距离↓ Cr ↓ 实船Ct ↓ 。
第28页/共42页
第29页/共42页
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三、比较不同换算法的合理 性
第31页/共42页
第32页/共42页
第33页/共42页
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一 .目的和要求 目的:
1 指船型相同、大小不同的船舶之间的阻力换算。显然按不同缩尺 比均可由一个船模阻力资料换算得出大小不同船舶的阻力值。
【高中物理】实验：验证动量守恒定律之人船模型课件 高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册
平抛测速的其他方案
需测球的直径
二、平均动量守恒(人船模型)
如图所示，长为L的船静止在平静的水面上，立于船头 的人的质量为m，船的质量为M，不计水的阻力，人从船 头走到船尾的过程中，问船对地面的位移为多大？
例3：载人的气球原来静止在离地面高为 h的空中，气球质量为M，质量为m的人要 沿气球上的绳梯安全着地，如图所示， 则绳梯长度至少为多长？
。
（设水平面光滑）
解析：
物体A和斜面B系统在
水平方向动量守恒，
则有：
m scos x
Mx
x
scosθ-x
解得： x ms cos
M+m
例3：在沙堆上有一木块，M=5Kg,木块上放一 爆竹，质量为m=0.10Kg,点燃后木块陷入沙中 5cm,若沙对木块运动的阻力恒为58N，不计火 药质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度？
1.4实验：验证动量守恒定律
一、碰撞及其引发的思考
1.生活中的碰撞现象 1）台球碰撞 2）两节火车厢间的挂钩靠碰撞 3） 微观粒子之间碰撞 4)冰面互推 2.碰撞的情形 1）一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞 后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。 2）……
一、碰撞及其引发的思考
3.对碰撞的观察和思考 1）实验1： 两个质量相同的钢球碰撞 结论：速度不变（交换速度） 问：不变量一定是速度吗？ 实验2：两个质量不相同的钢球碰撞 2）现象：碰撞后速度都变化，质量不同时，速度变化 不同 3）思考：碰撞过程中有不变的量吗？ 4）猜想：…… 5)结论：不变量与质量m和速度v都有关系
二、实验方法
方法一：利用气垫导轨：
方法二：摆球测速：
实验装置如图所示。
把两个小球用线悬起来，一个小 球静止，拉起另一个小球，放下时 它们相碰。
需测球的直径
二、平均动量守恒(人船模型)
如图所示，长为L的船静止在平静的水面上，立于船头 的人的质量为m，船的质量为M，不计水的阻力，人从船 头走到船尾的过程中，问船对地面的位移为多大？
例3：载人的气球原来静止在离地面高为 h的空中，气球质量为M，质量为m的人要 沿气球上的绳梯安全着地，如图所示， 则绳梯长度至少为多长？
。
（设水平面光滑）
解析：
物体A和斜面B系统在
水平方向动量守恒，
则有：
m scos x
Mx
x
scosθ-x
解得： x ms cos
M+m
例3：在沙堆上有一木块，M=5Kg,木块上放一 爆竹，质量为m=0.10Kg,点燃后木块陷入沙中 5cm,若沙对木块运动的阻力恒为58N，不计火 药质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度？
1.4实验：验证动量守恒定律
一、碰撞及其引发的思考
1.生活中的碰撞现象 1）台球碰撞 2）两节火车厢间的挂钩靠碰撞 3） 微观粒子之间碰撞 4)冰面互推 2.碰撞的情形 1）一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞 后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。 2）……
一、碰撞及其引发的思考
3.对碰撞的观察和思考 1）实验1： 两个质量相同的钢球碰撞 结论：速度不变（交换速度） 问：不变量一定是速度吗？ 实验2：两个质量不相同的钢球碰撞 2）现象：碰撞后速度都变化，质量不同时，速度变化 不同 3）思考：碰撞过程中有不变的量吗？ 4）猜想：…… 5)结论：不变量与质量m和速度v都有关系
二、实验方法
方法一：利用气垫导轨：
方法二：摆球测速：
实验装置如图所示。
把两个小球用线悬起来，一个小 球静止，拉起另一个小球，放下时 它们相碰。
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。
船模试验解析
船模試驗簡介(續)
自推試驗 目的：測量船模在不同船速下自推時，螺槳對 應所需的轉距(Torque, Q)、推力(Thrust, T) 與轉速(Revolution, N)，以求得推減係數t、 跡流係數 ω 及相對效率 η r，並推算實船推進 效率與DHP值。 油墨試驗 目的：判斷水線下水流是否穩定或是否發生流 離現象及得到舟必龍骨流線及艏側推進器處之 流向。
4.形狀因子(續)
肥胖船Cb與K關係圖 0.3000 0.2000 K 0.1000 0.0000 0.5 0.6 0.7 Cb 0.8 0.9 1 Cb&K
一般肥胖船利用Prohaska方法算出之1+K值大約在1.2左右
結論
由HSVA船模實驗報告中，我們驗證了此份報告的 可信度，並且藉由報告中的數據，獲得了以下幾 項的參數關係。 PD誤差度：
貨櫃輪 肥胖船
貨櫃輪之 Cadm 肥胖船之 Cadm
約在300~550間。 約在550~650間。
2.海軍係數(續)
與過去海軍係數範圍比較(同CB情況)
船種 高速貨櫃輪 貨櫃輪 大型礦砂輪 大型油輪 以前海軍係數 400~450 400~450 450~550 500~600 台船實蹟船的海軍係數 300~550 550~650
從統計中大致上可以看出，CSBC的船比以前的船的 海軍係數較高，故可知效能提升。
3.風阻力
定義：
風阻力： RAA
1 2 = ρ AVr Av C AA 2
使用參數：
RAA ×100%、T、Cb RT
3. 風阻力(續)
貨櫃船風阻百分比與吃水的關係
12.0% 10.0%
8.0%
風阻百分比
6.0%
壓載吃水
《人船模型》课件
牛顿第三定律指出，对于每一作用力，都有一个大小相等、方向相反的反作用力。在《人船模型》中 ，这一原理用于解释人船系统中的动量交换和能量转移。
03 人船模型的实际应用
火箭发射
火箭推进原理
火箭发射利用了反作用力原理，即火箭燃料燃烧产生高速气 体，气体通过喷嘴向下喷出，产生向上的反作用力，使火箭 得以升空。人船模型在火箭发射中的应用体现在火箭的稳定 性和姿态控制上。
人船模型的应用
火箭在发射过程中，需要克服重力和空气阻力，保持稳定上 升轨迹。人船模型可以模拟火箭在发射过程中的动态特性， 通过调整火箭的推力和姿态，实现稳定可靠的发射。
太空行走
太空行走的挑战
太空行走是在太空中进行的活动，由于 缺乏地球引力的约束，宇航员在太空中 会处于失重状态，需要特殊的装备和技 术来维持身体姿态和位置。人船模型在 太空行走中的应用体现在宇航员的姿态 控制和运动分析上。
人船模型在机器人技术领域的应用， 如自主导航、人机交互等，将有助于 提高机器人的智能化水平。
人船模型在教育领域的发展
教育教学改革
人船模型将为教育教学改革提供 新的思路和方法，有助于推动教
育教学的创新和发展。
课程设计
人船模型在课程设计领域的应用， 将有助于提高课程设计的科学性和 有效性。
教师培训
人船模型在教师培训领域的应用， 将有助于提高教师的专业素养和教 育教学方法。人船Leabharlann 型在其他领域的发展医学领域
人船模型在医学领域的应用，如 人体模拟、医疗诊断等，将有助
于提高医学诊断和治疗水平。
交通领域
人船模型在交通领域的应用，如 智能交通系统、交通规划等，将 有助于提高交通系统的运行效率
和安全性。
安全领域
03 人船模型的实际应用
火箭发射
火箭推进原理
火箭发射利用了反作用力原理，即火箭燃料燃烧产生高速气 体，气体通过喷嘴向下喷出，产生向上的反作用力，使火箭 得以升空。人船模型在火箭发射中的应用体现在火箭的稳定 性和姿态控制上。
人船模型的应用
火箭在发射过程中，需要克服重力和空气阻力，保持稳定上 升轨迹。人船模型可以模拟火箭在发射过程中的动态特性， 通过调整火箭的推力和姿态，实现稳定可靠的发射。
太空行走
太空行走的挑战
太空行走是在太空中进行的活动，由于 缺乏地球引力的约束，宇航员在太空中 会处于失重状态，需要特殊的装备和技 术来维持身体姿态和位置。人船模型在 太空行走中的应用体现在宇航员的姿态 控制和运动分析上。
人船模型在机器人技术领域的应用， 如自主导航、人机交互等，将有助于 提高机器人的智能化水平。
人船模型在教育领域的发展
教育教学改革
人船模型将为教育教学改革提供 新的思路和方法，有助于推动教
育教学的创新和发展。
课程设计
人船模型在课程设计领域的应用， 将有助于提高课程设计的科学性和 有效性。
教师培训
人船模型在教师培训领域的应用， 将有助于提高教师的专业素养和教 育教学方法。人船Leabharlann 型在其他领域的发展医学领域
人船模型在医学领域的应用，如 人体模拟、医疗诊断等，将有助
于提高医学诊断和治疗水平。
交通领域
人船模型在交通领域的应用，如 智能交通系统、交通规划等，将 有助于提高交通系统的运行效率
和安全性。
安全领域
网教阻力课件
模型阻力试验
船模阻力的测量： 1.阻力测量与速度记录同时进行。船 模阻力由专门的阻力仪测量。阻力 仪有机械式和电测式两类。 2.电测阻力仪输出电压信号，所以使 用前要进行标定，确定标定系数。 阻力值=测得的电压值×标定系数。 测量前要调零。
船模阻力试验结果换算方法
船模阻力试验结果换算方法： 常用的船模阻力试验结果换算 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;三因次方法(也称1+K法)为1978 年ITTC性能委员会推荐的换算方法. 这两种方法的区别在于对粘性阻力 的处理原则不同。
船模和实船阻力换算
1966年普鲁哈斯卡提出了一个假定：在傅汝德等 于0.1－0.2范围内，兴波阻力系数与傅汝德4次 方成正比。 Cts=（1＋K）Cfs+Cws＝ （1＋K）Cfs＋yFｒ4
Ctm Fr4 = (1 + k ) + y C fm C fm
以Ctｍ/Cfm为纵轴，以Fr4/Cfm为横轴，绘出平均斜 直线，此斜直线与纵轴的截距为(1+K)。当然也 可以用最小二乘法计算。 继续
船模和实船阻力换算
Cr = Ctm − (1 + k )C fm
1 ρ m SmVm2 2 1 ks 3 ΔC f = 10 −3 × (105( ) − 0.54) 粗糙系数 L Ctm = Rtm
式中，粗糙度ｋs对新船可取150*10-6ｍ
船模和实船阻力换算
实船阻力 120 100 80 60 40 20 0 0.0 满载 半载 空载 5.0 10.0 航速 kn 15.0 20.0 kN
船模和实船阻力换算
三因次方法，船的总阻力系数可以写成： Cts=Cfs+Ces+Cws Ces为粘压阻力系数， Cws为兴波阻力系数。 如果摩擦阻力和粘压阻力合并计算，称之为粘性 阻力。 Cts=（1＋K）Cfs+Cws （1＋K）称形状因子，K称为形状系数它只与船 形有关，且认为几何相似的船的（1＋K）是相同 的。 继续
第四章自由自航船舶操纵性试验 船舶运动学教学课件-PPT课件
K、T分析: 运动有非线性影响， K、T是一个平均概念。
如图所示：切线交t轴于t2 量得：
其中t1为操舵时间。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(1)把记录的船速和首向角以时间为横坐标绘成 (2) 下图的所示形式，对测量值进行初步的校 核。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（2）按式 ，以枢心代替重心，计
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
4、外界环境的影响
①浅水：回转圈随着水深的变浅而逐渐增大 。当水深与吃水之比小于2时，旋回圈将明显 增大。 ②污底和风流：污底越多摩擦阻力增加，旋 回圈变大，但影响很小。顶风顶流将使纵矩 减小。
第四章 自由自航船舶操纵性实验
第二节 螺线试验与逆螺线试验
螺线试验与逆螺线试验
回转试验实船船模自航模约束模螺旋与逆螺旋试验z型操舵试验所测数据代表各项流体动力综合影响直线拖曳试验位置导数悬臂试验回转导数平面运动机构试验加速度导数在约束模试验中通过各专门装置强迫船模进行精确控制下的运动每次可变换一个参数令其他参数为零可分别求得此单一参数下的流体动力力矩导数第九章垂直平面运动机构pmmtest回转臂水池回转臂水池中国船舶研究中心在前几章中我们基于线性操纵运动方程分析了船舶航向稳定性和回转性以及对操舵的转首响应特性若能知道数学模型中的系数就能确定其响应运动及其有关的操纵特性
回 转 试 验
1.试验目的
求船舶的回转要素。其中包括：
进距
横距 回转初径
Ad （advance）
Tr （transfer） DT（tactical diameter）
回转直径
滞距
D （final diameter）
Re （reach）
如图所示：切线交t轴于t2 量得：
其中t1为操舵时间。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(1)把记录的船速和首向角以时间为横坐标绘成 (2) 下图的所示形式，对测量值进行初步的校 核。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（2）按式 ，以枢心代替重心，计
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
4、外界环境的影响
①浅水：回转圈随着水深的变浅而逐渐增大 。当水深与吃水之比小于2时，旋回圈将明显 增大。 ②污底和风流：污底越多摩擦阻力增加，旋 回圈变大，但影响很小。顶风顶流将使纵矩 减小。
第四章 自由自航船舶操纵性实验
第二节 螺线试验与逆螺线试验
螺线试验与逆螺线试验
回转试验实船船模自航模约束模螺旋与逆螺旋试验z型操舵试验所测数据代表各项流体动力综合影响直线拖曳试验位置导数悬臂试验回转导数平面运动机构试验加速度导数在约束模试验中通过各专门装置强迫船模进行精确控制下的运动每次可变换一个参数令其他参数为零可分别求得此单一参数下的流体动力力矩导数第九章垂直平面运动机构pmmtest回转臂水池回转臂水池中国船舶研究中心在前几章中我们基于线性操纵运动方程分析了船舶航向稳定性和回转性以及对操舵的转首响应特性若能知道数学模型中的系数就能确定其响应运动及其有关的操纵特性
回 转 试 验
1.试验目的
求船舶的回转要素。其中包括：
进距
横距 回转初径
Ad （advance）
Tr （transfer） DT（tactical diameter）
回转直径
滞距
D （final diameter）
Re （reach）
船舶阻力第4章船模阻力试验
根据船模的比例尺和试验要求，选择合适的材料， 确保船模的精度和稳定性。
船模细节的处理
对船模上的细节进行精细处理，如甲板、桅杆、 烟囱等，以模拟实船的实际情况。
试验前的准备
试验设备的校准
对试验所用的设备进行校准，确保试验数据的准确性和可靠性。
试验水池的准备
清理水池，保证水质的清澈度和温度的恒定，为试验创造良好的 环境。
为保证测量的准确性和稳定性，需要对传感器进行定期校准和维护，以确保其性能 的正常发挥。
数据采集与处理系统
01
数据采集与处理系统是用于采集、存储和处理试验数据的系统，其功能和性能 对试验结果的影响非常大。
02
数据采集系统应能够实时、准确地采集试验数据，包括船模的位置、速度、加 速度、压力、温度等参数。
数据的整理与分析
数据整理
对采集到的数据进行整理，包括 数据的筛选、去噪和修正等，为 后续的数据分析提供准确的基础 数据。
数据分析
运用专业的分析方法对整理后的 数据进行处理和分析，得出船模 的阻力特性。
结果评估与验证
将分析结果与实船数据进行对比 和分析，评估船模阻力试验的准 确性和可靠性。
04
船模阻力试验的结果与应用
船模阻力试验结果的应用
船舶优化设计
通过船模阻力试验结果，可以对船舶线型、船体结构等进行优化设 计，降低船舶阻力。
船舶性能评估
利用船模阻力试验结果，可以对新造船舶或现有船舶的性能进行评 估，判断其是否满足设计要求。
船舶节能减排
基于船模阻力试验结果，可以研究船舶节能减排技术，提高船舶能效， 降低排放。船模阻力试验的结果Fra bibliotek析阻力系数
通过船模阻力试验，可以获得船舶在各种航速下的阻力系数，进 而分析阻力的变化规律。
船模细节的处理
对船模上的细节进行精细处理，如甲板、桅杆、 烟囱等，以模拟实船的实际情况。
试验前的准备
试验设备的校准
对试验所用的设备进行校准，确保试验数据的准确性和可靠性。
试验水池的准备
清理水池，保证水质的清澈度和温度的恒定，为试验创造良好的 环境。
为保证测量的准确性和稳定性，需要对传感器进行定期校准和维护，以确保其性能 的正常发挥。
数据采集与处理系统
01
数据采集与处理系统是用于采集、存储和处理试验数据的系统，其功能和性能 对试验结果的影响非常大。
02
数据采集系统应能够实时、准确地采集试验数据，包括船模的位置、速度、加 速度、压力、温度等参数。
数据的整理与分析
数据整理
对采集到的数据进行整理，包括 数据的筛选、去噪和修正等，为 后续的数据分析提供准确的基础 数据。
数据分析
运用专业的分析方法对整理后的 数据进行处理和分析，得出船模 的阻力特性。
结果评估与验证
将分析结果与实船数据进行对比 和分析，评估船模阻力试验的准 确性和可靠性。
04
船模阻力试验的结果与应用
船模阻力试验结果的应用
船舶优化设计
通过船模阻力试验结果，可以对船舶线型、船体结构等进行优化设 计，降低船舶阻力。
船舶性能评估
利用船模阻力试验结果，可以对新造船舶或现有船舶的性能进行评 估，判断其是否满足设计要求。
船舶节能减排
基于船模阻力试验结果，可以研究船舶节能减排技术，提高船舶能效， 降低排放。船模阻力试验的结果Fra bibliotek析阻力系数
通过船模阻力试验，可以获得船舶在各种航速下的阻力系数，进 而分析阻力的变化规律。
5-船模试验
试验目的比较船型，确定阻力性能，确定速度性能，确定航行状态
比较船体总阻力的各种计算方法，分析船体各种阻力成分的特性
确定附体的形状与安装位置
试验设备主要任务：船模静水阻力实验，螺旋桨模型敞水实验，船模自航实验水池类型：长方形、方形、水槽；拖车式、重力式
水池尺度：加速段、匀速段、减速段；长度、深度、宽度
测试设备：阻力、速度、航态
船舶模型：尺寸小、速度低
试验方法研究背景、试验方案、试验准备、测量数据、数据处理、结果分析、结论理论基础
Fr
假定的基本思想
几何相似船模组试验结果
Ct （Re 、Fr ）=Cf （Re ）+Cr （Fr ）
Fr 相等——Cr 相等——ΔCt=ΔCf（Re） Re 相等——Cf 相等——ΔCt=ΔCr（Fr）
横坐标
lgRe
，总坐标Ct ，船模总阻力曲线，
Fr
等值线
平行：Fr 假定合理性
不平行：摩擦阻力与剩余阻力相互影响。
休斯假定的基本思想 几何相似船模组试验结果
Ct=（1+k ）Cf+Cw K 形状因子
横坐标Cf ，总坐标Ct ，船模总阻力曲线，Fr 等值线
平行：斜率相等，k 为常数 不平行：k 不为常数
阻力=f （船型、大小、速度）
船模阻力数据表达方法：阻力曲线（Rt-V ）——曲线（阻力系数-速度系数） 目的：船型相同、大小不同的船舶之间的阻力换算 大小相同、船型不同的船舶之间的船型比较 速度系数
阻力系数
Talyor泰勒方法 Froude付汝德方法
阻力速度
只有在相等时此表达法才正确。
第四节反冲运动人船模型课件
跳高过杆
跳高运动员在过杆时，通过向上蹬杆的反冲力使身体向下运动，从而顺利过杆。在这个过程中，人船 模型同样适用，运动员相当于船，蹬杆的脚相当于人，脚蹬杆产生的反冲力使身体向下运动，从而顺 利过杆。
感谢观看
THANKS
数据记录
使用测量工具记录船只的位移 和速度数据。
实验结束
当船只达到最大速度或划桨停 止时，实验结束。
数据处理
对记录的数据进行分析和处理 ，得出结论。
实验结果与数据分析
数据整理
将实验数据整理成表格或图表形 式，便于分析和比较。
结果分析
根据实验数据，分析船只在划桨 作用下的运动规律和特点。
结论总结
根据分析结果，总结出人船模型 的运动规律和特点，并与理论模
型进行比较。
05
人船模型的实际应用案例
火箭发射与回收
火箭发射
火箭升空时，燃料燃烧产生的反冲力推动火箭向上运动，这是反冲运动的一个典 型应用。在火箭发射过程中，人船模型同样适用，火箭相当于船，燃料相当于人 ，燃料燃烧产生的反冲力推动火箭和人一起向上运动。
火箭回收
随着科技的发展，一些火箭采用了垂直起降技术，通过反冲运动实现火箭的回收 。在火箭回收过程中，人船模型同样适用，火箭相当于船，发动机相当于人，发 动机产生的反冲力使火箭减速并实现回收。
人船模型的微分方程
确定系统状态变量
选择系统的状态变量，如 人船的速度、位移等。
列出运动方程
根据牛顿第二定律和已知 条件，列出系统的运动方 程。
解方程求解
通过解方程求解系统的运 动状态。
数值解法与模拟结果分析
选择数值解法
根据问题的特点选择合适的数值 解法，如欧拉法、龙格-库塔法等
跳高运动员在过杆时，通过向上蹬杆的反冲力使身体向下运动，从而顺利过杆。在这个过程中，人船 模型同样适用，运动员相当于船，蹬杆的脚相当于人，脚蹬杆产生的反冲力使身体向下运动，从而顺 利过杆。
感谢观看
THANKS
数据记录
使用测量工具记录船只的位移 和速度数据。
实验结束
当船只达到最大速度或划桨停 止时，实验结束。
数据处理
对记录的数据进行分析和处理 ，得出结论。
实验结果与数据分析
数据整理
将实验数据整理成表格或图表形 式，便于分析和比较。
结果分析
根据实验数据，分析船只在划桨 作用下的运动规律和特点。
结论总结
根据分析结果，总结出人船模型 的运动规律和特点，并与理论模
型进行比较。
05
人船模型的实际应用案例
火箭发射与回收
火箭发射
火箭升空时，燃料燃烧产生的反冲力推动火箭向上运动，这是反冲运动的一个典 型应用。在火箭发射过程中，人船模型同样适用，火箭相当于船，燃料相当于人 ，燃料燃烧产生的反冲力推动火箭和人一起向上运动。
火箭回收
随着科技的发展，一些火箭采用了垂直起降技术，通过反冲运动实现火箭的回收 。在火箭回收过程中，人船模型同样适用，火箭相当于船，发动机相当于人，发 动机产生的反冲力使火箭减速并实现回收。
人船模型的微分方程
确定系统状态变量
选择系统的状态变量，如 人船的速度、位移等。
列出运动方程
根据牛顿第二定律和已知 条件，列出系统的运动方 程。
解方程求解
通过解方程求解系统的运 动状态。
数值解法与模拟结果分析
选择数值解法
根据问题的特点选择合适的数值 解法，如欧拉法、龙格-库塔法等
人船模型专题ppt课件
精选ppt课件
10
m
M
S1
S2
b
分析和解答：劈和小球组成的系统水平方向不受外力，故 水平方向动量守恒，且初始时两物均静止，故由推论知 ms1=Ms2,其中s1和s2是m和M对地的位移，由上图很容易看 出：s1=b-s2代入上式得，m(b-s2)=Ms2, 所以 s2=mb/(M+m)即为M发生的位移。
分析与解：取人和小船为对象，它们所受合外力为零， 初动量 m人v人+m船v船=0 （均静止）
根据动量守恒定律 m人v人+m船v船= m人v/人+m船v/船
取人的走向为正方向 0= m人v/人 - m船v/船
设走完时间为t
t t 则0= m人v/人 - m船v/船
m人S人=m船S船
注意S1、s2均为相对地的位移 60×（3-S船）=300×S船
人船模型
应用平均动量守恒处理问题
温馨提示：你在群里问题请参看 幻灯片第7、8、14、15张，希 望这个对你有用。
精选ppt课件
1
复习
动量守恒定律的要点：
1。矢量表达式：
m1v1+m2v2=m1v1/+m2v2/
2。条件：⑴系统不受合外力或系统所受合外力为零。
⑵系统在某一方向合外力为零，则该方向动 量守恒
解 设题述过程所用时间为 t，圆环的位移为s，则小滑块在水
平方向上对地的位移为（R-s），如图所示，取圆环的运动方向为
正，由动量守恒定律得
s 0=M
-m
(R-s)
t
t
即 Ms=m(R-s)
S=
m M+m
R
气球和人
载人气球原来静止在空 中，与地面距离为h ， 已知人的质量为m ， 气球质量（不含人的质 量）为M。若人要沿轻 绳梯返回地面，则绳梯 的长度至少为多长？
演示文稿-船模零速横摇阻尼试验
1、实验目的； 2、实验仪器设备及其性能参数； 3、实验的原理； 4、实验模型及环境条件等； 5、绘制船模自由横摇减幅（消灭）曲线图，并据此求出 对应不同横摇角的无因次横摇衰减系数； 6、求出船模自由横摇的固有周期Tφ，并进而计算船模 横摇的固有频率ωφ； 7、计算船模在静水中横摇的附连水质量惯性矩； 8、实验结果总结与分析。
2 0 2
am b
2 m
(a b m )
所以，一般在引用无因次衰减系数时必
须注明是相当于多大横摇角。
图2 减幅（消灭）曲线
在静水中进行船模的自由横摇衰减试验时， 应在横摇衰减曲线上读取船模横摇运动的自摇周
期，并取多个周期进行平均，作为其自摇周期Tφ，
并计算出船模横摇固有频率ωφ：
船模零速横摇阻尼试验
一、实验目的
根据船模在静水中自由横摇的衰减振
荡曲线，确定船模横摇的无因次衰减系数 2μ和船模的横摇固有周期Tφ，进而求取船 模横摇附连水质量惯性矩等。
二、实验仪器、设备
1、拖车；
2、船模运动测量仪（适航仪）；
3、数据采集与分析处理器；
4、实验船模（包括压载物）。
三、实验原理
注意 ：在进行船模浮态和转动惯量调整时， 应使用与船模运动测量仪（适航仪）升沉杆等 重量的配重并将其固定在船模重心位置，在整
个调整过程中保持该位置不变。
2、模型安装 1）、将船模运动测量仪（适航仪）固定 在水池拖车上，使其升沉杆上的连接板横向布 置； 2）、将调整好浮态和重心位置的船模置 于船模运动测量仪（适航仪）下方，取下配重， 垂向移动升沉杆，将船模与船模运动测量仪 （适航仪）连结起来（此时船模的浮态与重心 位置保持不变）。 这样，船模就可绕船模运动测量仪（适航 仪）升沉杆上的回转轴作横摇运动。 可以近似认为：在小角度横摇情况下，船 模是绕通过其重心G的纵向轴进行横摇。
2 0 2
am b
2 m
(a b m )
所以，一般在引用无因次衰减系数时必
须注明是相当于多大横摇角。
图2 减幅（消灭）曲线
在静水中进行船模的自由横摇衰减试验时， 应在横摇衰减曲线上读取船模横摇运动的自摇周
期，并取多个周期进行平均，作为其自摇周期Tφ，
并计算出船模横摇固有频率ωφ：
船模零速横摇阻尼试验
一、实验目的
根据船模在静水中自由横摇的衰减振
荡曲线，确定船模横摇的无因次衰减系数 2μ和船模的横摇固有周期Tφ，进而求取船 模横摇附连水质量惯性矩等。
二、实验仪器、设备
1、拖车；
2、船模运动测量仪（适航仪）；
3、数据采集与分析处理器；
4、实验船模（包括压载物）。
三、实验原理
注意 ：在进行船模浮态和转动惯量调整时， 应使用与船模运动测量仪（适航仪）升沉杆等 重量的配重并将其固定在船模重心位置，在整
个调整过程中保持该位置不变。
2、模型安装 1）、将船模运动测量仪（适航仪）固定 在水池拖车上，使其升沉杆上的连接板横向布 置； 2）、将调整好浮态和重心位置的船模置 于船模运动测量仪（适航仪）下方，取下配重， 垂向移动升沉杆，将船模与船模运动测量仪 （适航仪）连结起来（此时船模的浮态与重心 位置保持不变）。 这样，船模就可绕船模运动测量仪（适航 仪）升沉杆上的回转轴作横摇运动。 可以近似认为：在小角度横摇情况下，船 模是绕通过其重心G的纵向轴进行横摇。
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方法：
2-D： CTCFCr 3-D： C TC F(1k)C w
1957 ITTC CF lo0gR.0n7522
船模試驗簡介(續)
自推試驗 目的：測量船模在不同船速下自推時，螺槳對 應所需的轉距(Torque, Q)、推力(Thrust, T) 與轉速(Revolution, N)，以求得推減係數t、
基本設計流程
船東基本要求-設計條件確認
DWT, Vs, d, Container No.(C/V),
(B/C, O/T), 主要尺寸限制
(L,B,draft)
根據程式與經驗來檢 討和推定L, B, D, (d)
Cb
決定主要尺寸與船形 參數
決定一般佈置圖 與
最佳線形開發
船模試驗 (驗證船速馬力性能)
船模試驗解析
學習單位：基本設計課 指導人員：陳良駿 工程師 學生：郭哲豪 陳冠臻 周祥芬
大綱
工作內容 基本設計流程 船模試驗簡介 船模試驗清單 程式驗證 船模試驗資料解析 結論
工作內容
資料統整
建立船模試驗資料庫
檢驗準確性
驗證船模試驗資料
分析與討論
解析船模試驗資料 歸納參數特性
DWT
肥胖船壓載吃水的PD誤差度幾乎都比設計吃水及最大吃水小
船模試驗資料解析
1. 速度與馬力的關係 2. 海軍係數 3. 風阻力 4. 形狀因子
1.速度與馬力的關係
占 4.00%
總 馬
3.00%
力 2.00%
的 1.00%
比
例 0.00%
0
每 增 加 0.1 節 需 要 的 馬 力
0.2
0.4
0.6
與過去海軍係數範圍比較(同CB情況)
船種
以前海軍係數 台船實蹟船的海軍係數
高速貨櫃輪 貨櫃輪 大型礦砂輪 大型油輪
400~450 400~450 450~550 500~600
300~550 550~650
從統計中大致上可以看出，CSBC的船比以前的船的 海軍係數較高，故可知效能提升。
3.風阻力
100.00
120.00
140.00
壓載吃水風阻佔總阻平均約4~6% 載貨吃水風阻佔總阻平均約2~4%
壓載吃水 滿載吃水 & 設計吃水
160.00
3.風阻力(續)
由參考資料顯示貨櫃輪風阻約占總阻2~4%， 而CSBC貨櫃輪則約5~7%。
0.8
CB
貨櫃輪每0.1節平均約需2%power 肥胖船每0.1節平均約需2.5%power
貨櫃船 肥胖船
1
1.速度與馬力的關係(續)
knots 0.08
0.06
0.04
0.02
0.00 0
每18
CB
貨櫃船 肥胖船
1
貨櫃船每1%馬力平均約可增加0.05節的速度 肥胖船每1%馬力平均約可增加0.04節的速度
TEU
貨櫃輪壓載吃水的PD誤差度幾乎都比設計吃水及最大吃水大
程式驗證(續)
PD error 1.00% 0.80% 0.60% 0.40% 0.20% 0.00%
不同吃水之輸出馬力誤差度的比較 (肥胖船)
壓載吃水 設計吃水 滿載吃水
77K B/C 176K B/C 100K O/T 56K DCC
定義： 風阻力： RAA12AVr2AvCAA
使用參數：
RAA 100%、T、Cb
RT
3. 風阻力(續)
風阻百分比
貨櫃船風阻百分比與吃水的關係
12.0%
10.0%
8.0%
6.0%
壓載吃水
4.0%
滿載吃水 &
設計吃水
2.0%
0.0%
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
貨櫃船 肥胖船
1
程式驗證(續)
PD error
0.35% 0.30% 0.25% 0.20% 0.15% 0.10% 0.05% 0.00%
不 同 吃 水 之 輸 出 馬 力 誤 差 度 的 比 較 (貨 櫃 船)
壓載吃水 設計吃水 滿載吃水
1500 1700 1800 1900 2200 2300 3200 3600 4500 5500
跡流係數 及相對效率 r，並推算實船推進
效率與DHP值。 油墨試驗
目的：判斷水線下水流是否穩定或是否發生流 離現象及得到舟必龍骨流線及艏側推進器處之 流向。
船模報告
HSVA 船模編號
1
0
0
1
2 球型艏 艏半部 艉半部 球型 艉
船模版次
螺槳編號
編號/日期 縮小比例
船模試驗清單
船模試驗清單(續)
使用參數
輸出馬力誤差度： PC DSBC PH DSVA 10% 0
PH DSVA
程式驗證(續)
PD error 1.20% 1.00% 0.80% 0.60% 0.40% 0.20% 0.00% 0
輸出馬力誤差度的比較
0.2
0.4
0.6
0.8
CB
Cb 越大，PD誤差度越大
肥胖船(Cb大)PD誤差值約0.5%。 貨櫃船(Cb小)PD誤差值約0.1%。
船模試驗清單(續)
統計
船型統計
C/V-----10型 B/C-----3型 O/T-----2型 DCC---1型 C/C----1型
吃水包括dd(設計吃水)、ds(最大吃水)、 db(壓載吃水)。
共進行95組船模試驗結果之解析。
程式驗証
目的 驗證HSVA船模試驗報告的正確性。
船模試驗簡介
船模試驗主要的目的為推估裸船阻力，並 且藉由裸船阻力可推估出船速與馬力，一 般常見的船模試驗，皆在靜水中進行，依 HSVA船模試驗報告分類如下： 船模試驗
阻力試驗 自推試驗 油墨試驗
船模試驗簡介(續)
阻力試驗
目的：藉由測量船模在不同船速下所對應的拖力，並 推算成實船的總阻力與需求馬力(EHP)值。
35.00
40.00
45.00
50.00
資料筆數
壓載吃水風阻佔總阻平均約7% 載貨吃水風阻佔總阻平均約5%
風阻百分比
3.風阻力(續)
14.0% 12.0% 10.0% 8.0% 6.0% 4.0% 2.0% 0.0%
0.00
肥胖船風阻百分比與吃水的關係
20.00
40.00
60.00
80.00
資料筆數
2.海軍係數
定義：
Ca d m
2 3V PS
3
C adm 越大表示性能越佳。
2.海軍係數(續)
Cadm
700 600 500 400 300 200 100
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
CB
貨櫃輪 肥胖船
1
貨櫃輪之 C adm 肥胖船之 C adm
約在300~550間。 約在550~650間。
2.海軍係數(續)
2-D： CTCFCr 3-D： C TC F(1k)C w
1957 ITTC CF lo0gR.0n7522
船模試驗簡介(續)
自推試驗 目的：測量船模在不同船速下自推時，螺槳對 應所需的轉距(Torque, Q)、推力(Thrust, T) 與轉速(Revolution, N)，以求得推減係數t、
基本設計流程
船東基本要求-設計條件確認
DWT, Vs, d, Container No.(C/V),
(B/C, O/T), 主要尺寸限制
(L,B,draft)
根據程式與經驗來檢 討和推定L, B, D, (d)
Cb
決定主要尺寸與船形 參數
決定一般佈置圖 與
最佳線形開發
船模試驗 (驗證船速馬力性能)
船模試驗解析
學習單位：基本設計課 指導人員：陳良駿 工程師 學生：郭哲豪 陳冠臻 周祥芬
大綱
工作內容 基本設計流程 船模試驗簡介 船模試驗清單 程式驗證 船模試驗資料解析 結論
工作內容
資料統整
建立船模試驗資料庫
檢驗準確性
驗證船模試驗資料
分析與討論
解析船模試驗資料 歸納參數特性
DWT
肥胖船壓載吃水的PD誤差度幾乎都比設計吃水及最大吃水小
船模試驗資料解析
1. 速度與馬力的關係 2. 海軍係數 3. 風阻力 4. 形狀因子
1.速度與馬力的關係
占 4.00%
總 馬
3.00%
力 2.00%
的 1.00%
比
例 0.00%
0
每 增 加 0.1 節 需 要 的 馬 力
0.2
0.4
0.6
與過去海軍係數範圍比較(同CB情況)
船種
以前海軍係數 台船實蹟船的海軍係數
高速貨櫃輪 貨櫃輪 大型礦砂輪 大型油輪
400~450 400~450 450~550 500~600
300~550 550~650
從統計中大致上可以看出，CSBC的船比以前的船的 海軍係數較高，故可知效能提升。
3.風阻力
100.00
120.00
140.00
壓載吃水風阻佔總阻平均約4~6% 載貨吃水風阻佔總阻平均約2~4%
壓載吃水 滿載吃水 & 設計吃水
160.00
3.風阻力(續)
由參考資料顯示貨櫃輪風阻約占總阻2~4%， 而CSBC貨櫃輪則約5~7%。
0.8
CB
貨櫃輪每0.1節平均約需2%power 肥胖船每0.1節平均約需2.5%power
貨櫃船 肥胖船
1
1.速度與馬力的關係(續)
knots 0.08
0.06
0.04
0.02
0.00 0
每18
CB
貨櫃船 肥胖船
1
貨櫃船每1%馬力平均約可增加0.05節的速度 肥胖船每1%馬力平均約可增加0.04節的速度
TEU
貨櫃輪壓載吃水的PD誤差度幾乎都比設計吃水及最大吃水大
程式驗證(續)
PD error 1.00% 0.80% 0.60% 0.40% 0.20% 0.00%
不同吃水之輸出馬力誤差度的比較 (肥胖船)
壓載吃水 設計吃水 滿載吃水
77K B/C 176K B/C 100K O/T 56K DCC
定義： 風阻力： RAA12AVr2AvCAA
使用參數：
RAA 100%、T、Cb
RT
3. 風阻力(續)
風阻百分比
貨櫃船風阻百分比與吃水的關係
12.0%
10.0%
8.0%
6.0%
壓載吃水
4.0%
滿載吃水 &
設計吃水
2.0%
0.0%
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
貨櫃船 肥胖船
1
程式驗證(續)
PD error
0.35% 0.30% 0.25% 0.20% 0.15% 0.10% 0.05% 0.00%
不 同 吃 水 之 輸 出 馬 力 誤 差 度 的 比 較 (貨 櫃 船)
壓載吃水 設計吃水 滿載吃水
1500 1700 1800 1900 2200 2300 3200 3600 4500 5500
跡流係數 及相對效率 r，並推算實船推進
效率與DHP值。 油墨試驗
目的：判斷水線下水流是否穩定或是否發生流 離現象及得到舟必龍骨流線及艏側推進器處之 流向。
船模報告
HSVA 船模編號
1
0
0
1
2 球型艏 艏半部 艉半部 球型 艉
船模版次
螺槳編號
編號/日期 縮小比例
船模試驗清單
船模試驗清單(續)
使用參數
輸出馬力誤差度： PC DSBC PH DSVA 10% 0
PH DSVA
程式驗證(續)
PD error 1.20% 1.00% 0.80% 0.60% 0.40% 0.20% 0.00% 0
輸出馬力誤差度的比較
0.2
0.4
0.6
0.8
CB
Cb 越大，PD誤差度越大
肥胖船(Cb大)PD誤差值約0.5%。 貨櫃船(Cb小)PD誤差值約0.1%。
船模試驗清單(續)
統計
船型統計
C/V-----10型 B/C-----3型 O/T-----2型 DCC---1型 C/C----1型
吃水包括dd(設計吃水)、ds(最大吃水)、 db(壓載吃水)。
共進行95組船模試驗結果之解析。
程式驗証
目的 驗證HSVA船模試驗報告的正確性。
船模試驗簡介
船模試驗主要的目的為推估裸船阻力，並 且藉由裸船阻力可推估出船速與馬力，一 般常見的船模試驗，皆在靜水中進行，依 HSVA船模試驗報告分類如下： 船模試驗
阻力試驗 自推試驗 油墨試驗
船模試驗簡介(續)
阻力試驗
目的：藉由測量船模在不同船速下所對應的拖力，並 推算成實船的總阻力與需求馬力(EHP)值。
35.00
40.00
45.00
50.00
資料筆數
壓載吃水風阻佔總阻平均約7% 載貨吃水風阻佔總阻平均約5%
風阻百分比
3.風阻力(續)
14.0% 12.0% 10.0% 8.0% 6.0% 4.0% 2.0% 0.0%
0.00
肥胖船風阻百分比與吃水的關係
20.00
40.00
60.00
80.00
資料筆數
2.海軍係數
定義：
Ca d m
2 3V PS
3
C adm 越大表示性能越佳。
2.海軍係數(續)
Cadm
700 600 500 400 300 200 100
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
CB
貨櫃輪 肥胖船
1
貨櫃輪之 C adm 肥胖船之 C adm
約在300~550間。 約在550~650間。
2.海軍係數(續)