14船舶耐波性试验

Vs Vm
0
由上式可得到：
λ0
如何保证船模与实船重力相似与惯性力相似？
为保证船模和实船之间的重力相似和惯性力相似 条件，除几何相似外，还应使运动速度相似、自 摇周期相似；在船模排水量、重心的纵向位置和 垂向位置、船模的质量惯性矩等满足表14-1中的 对应关系。因此，在进行模型试验前必须首先对 船模的重量、重心位置和质量惯性矩进行校验， 使之与给定的实船数据相对应。
(4) 瞬态波试验:
• 在水池中产生一系列波，其频率随着时间从所要求的最高 频率到最低频率线性地减小。传播快速的波(低频)赶上慢 速的波(高频) ，那么在某一瞬时于水池中的某一点产生 一包含全部频率在内的很大的波，测量船模在这一瞬时最 大波上的瞬时反应。通过对波及运动的谱分析，求得频率 响应函数。
x
长
14.2 静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验 用于确定船舶的横摇固有周期、无因次衰减系数和附加质 量惯性矩。
实船自由横摇的具体作法是:实船按预先的排水量浮于静水面 上，试验指挥者指挥一批人由一舷跑到另一舷，往返几次(跑 动的周期大致等于船的横摇固有周期) ，使船摇荡起来，船摇 到一定程度(5°左右)后，指挥跑动人员停止于船的中线面，让 船自由横摇，通过陀螺仪输出横摇角信号，利用示波器记录横 摇衰减曲线，如图14-6所示。
斯图罗哈数Sn相等，
式中:是运动粘性系数，L和V代表模型的特征
线长度和速度。t是时间常数。例如，对横摇可 以取横摇固有周期。
在耐波性模型试验中满足全部的动力相似条件是困难的。 由于粘性力在耐波性试验中起次要作用，一般只保证重力 相似和惯性力相似两个条件，即保证模型和实船的傅汝德 和斯图罗哈数相等:
式中: Vs、Vm 分别表示实船、模型的速度，下标1、2、…表示对 应点的位置。
3.动力相似 在运动相似的条件下，作用在模型与实船对应点上的某种 力的比值相同，即
式中:Fs、Fm 分别表示作用在实船和模型对应点上的力。
动力相似包括粘性力相似、重力相似和惯性力相似。
动力相似条件
粘性力相似，要保证模型和实船的雷诺数Rn相等 重力相似要满足傅汝德数Fn相等。 惯性力相似代表了不定常流动的相似条件，要求
试验所使用的强迫摇荡机构只允许船模作单自由度的大角度
横摇运动，若在简谐激振力矩M(t)= M0sin(t)作用下，则船
试验船模的重量等于船壳的重量、仪器重量和可 调压载的重量之和。为了能够调节船模满足与实 船的相似关系，可调压载的重量应为总重量的1/3 左右，这样就要求船模制造得薄而轻。
船模与实船还应遵守质量分布相似，由表14-1得:
动力校准求 船模惯性矩
静力校准求 重心位置
静力校准求 重心位置
Hale Waihona Puke Baidu
θ G
但是，若阻尼与横摇角速度不是线性关系，则直接由衰减曲线求
2就比较困难。为此，引入消灭曲线=f(m)求无因次衰减系
数。
由衰减曲线可方便地求出消灭曲线，如图14-7所示。其中
=i-i+1，m =(i+i+1 )/2
当阻尼为线性规律时，由式(11-53 )得:
二、静水中强迫横摇试验
目前常用的耐波性试验大致有四种形式: (1)静水中的摇荡试验:
• 目的是确定作用于船体上的水动力系数，特别是横摇阻尼。 (2)规则波中的运动试验:
• 确定各种运动的频率响应函数。
(3)不规则波中的运动试验:
• 按照预定要求在试验水池中产生一系列不规则液，测量模 型在此不规则波上的运动。由输入(波浪)和输出(运动)的 谱分析计算出相应的频率响应函数。
1.几何相似 模型与实船相似，即它们对应的线性尺度的比 例是一样的，即
式中:L、B、d分别表示船长、船宽和吃水，下标s表示 实船，m表示模型。而且，任意对应的尺度之比都等于
0，称0为尺度比。
船模试验的相似条件
2. 运动相似 在几何相似的条件下，处于定常流动中的模型与实船，其 对应点上的速度值成同一比例，即
目前国内主要进行(1)和(2)试验。(3)和(4)试验要求有能按预 先规定制造不规则波的程序控制造波机，同时还要有自动采样 记录和数据处理装置，但是试验工作量可以大大减小。
水池试验---孤波
水池试验---不规则波
Seakeeping Tests
Ponce Vessel Seakeeping
可确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇荡频率的关系曲线。 静水中自由衰减试验确定的阻尼和附加质量惯性矩仅对应共 振时的频率，故为了准确预报不规则波中实船横摇，必须采 用阻尼和附加质量惯性矩随频率变化的关系，所以静水中强 迫横摇试验非常重要。
此外，静水中强迫横摇可揭示大角度横摇的非线性阻尼特性， 对于研究波浪中船舶倾复非常有用。
在船舶方案设计阶段，为了预估横摇运动性能，通常利用船模
试验求横摇无因次衰减系数2 。其方法是，将满足相似规律并
经校准好的船模置于静水中，使船模横倾一角度，然后任其自由 横摇，通过装在船模里的陀螺仪传送横摇角信号，由示波器记录 横摇衰减曲线。
在线性阻尼规律下，可按式(11-48)直接由衰减曲线求 ，即：
船舶操纵性与耐波性
第14章 船舶耐波性试验
第14章 船舶耐波性试验
14.1 船模试验的相似条件 14.2 静水中自由和强迫试验 14.3 船模在波浪中的运动和增阻试 验
14 船舶耐波性试验
模型试验是研究耐波性的重要手段。通过模型试验可确定横摇、 垂荡和纵摇运动的频率响应函数，据此可预报实船在给定浪级 下的运动的统计值。特别是由于横摇水动力的复杂性，目前理 论计算尚未达到纵向运动的计算精度，因此更需依靠模型试验。
Seakeeping Tests
Orca Vessel Seakeeping
M. V. North Star Sea Trial August 2003
船模试验的相似条件
模型试验必须遵守力学相似定律，即模型和实船应几何相 似、运动相似和动力相似。满足了这些条件，就可将模型 试验的结果换算到实船上去。