拖曳水池

编辑:琐细网互动百科 时间:2019-11-16 05:50:44
编辑 锁定
水动力学实验的一种设备,是用船舶模型试验方法来了解船舰的运动、航速、推进功率及其他性能的试验水池,试验是由电动拖车牵引船模进行的,因而得名。
中文名
拖曳水池
外文名
towing tank
产品类别
实验设备
学    科
水动力学
方    法
船舶模型试验

拖曳水池简介

拖曳水池是水动力学实验的一种设备,是用船舶模型试验方法来了解船舰的运动、航速、推进功率及其他性能的试验水池,试验是由电动拖车牵引船模进行的,因而得名(见彩图)船舶、潜艇、鱼雷、滑行艇、水翼艇,气垫船、冲翼艇、水上飞机和各种海洋结构物等都可在水池中作模型试验。
1872年英国造船学家W.弗劳德在英国托基(Torquay)创建了世界上第一座船模试验水池。一百多年来世界各国相继建造的拖曳水池已有150余座,池长超过一百米的约占半数。中国于1954年在上海建成第一座水池,长70米,宽5米,水深2.5米。中国船舶科学研究中心于1965年在无锡建成大型水池,长474米,水深7米,试验段池宽14米。

拖曳水池水池结构

拖曳水池池体为钢筋混凝土结构,一般为矩形。在两边池壁上铺设轨道,拖车在轨道上行走。拖车由直流电动机驱动拖曳船模进行试验。对拖曳速度实行自动控制,保持速度精度0.3‰~1‰。水池横剖面面积(池宽×水深)应超过船模水线以下中央横剖面面积250倍,池壁效应方可忽略不计。水池长度根据拖车最高速度而定,包括拖车的加速段、等速段和减速段的距离。为模拟浅水航行,池底要平坦,水深可调节。
在水池的一端装有可在水池中产生规则和不规则长峰波的造波机。通过测量船模在波浪中的纵向迎随波浪运动特性参数,可研究船模的耐波性能。
船模外形必须同实船几何相似,可选用蜡、木、玻璃钢或塑料等材料。为了避免在层流状态中做船模试验,须采用激流措施。常规方法是在离船模艏柱后为船艏柱和艉柱之间的长度)处装置一根直径为1毫米的金属丝;也可采用一排短钉来激流。
20世纪70年代初期,荷兰建成一座大型变压拖曳水池。水池建于密封的结构物内,室内空气可以调节,气压低达0.03大气压(1大气压=101325帕)。这样,船模可在同实船相等的空泡数(见空化)下进行试验。

拖曳水池试验示例

为了保证船舶和舰艇的航行性能,必须在拖曳水池中进行各种模型试验。

拖曳水池船模阻力试验

用拖车等速拖曳船模,用阻力仪测量船模遇到的阻力,这种试验称为阻力试验。将阻力试验结果按弗劳德定律换算成相当速度下的实船阻力,再乘以航速即可算出实船的有效马力。
做潜艇和鱼雷的阻力试验时,由于阻力仪是由伸入水中的支杆(剑)和模型连接的,测得的阻力也就包括剑阻力在内,必须扣除。为了减小剑阻力,避免波和飞溅的干扰以提高试验精度,必须在水面处给剑罩上导流罩。如果采用将测力元件安装在模型上的电测阻力仪,则测得的阻力不包括剑阻力。

拖曳水池螺旋桨敞水试验

把模型螺旋桨安装在敞水试验箱的前端,箱内的电动机通过螺旋桨动力仪转动螺旋桨。等速拖曳敞水箱,系统地改变转速,或转速不变,系统地改变进速,由动力仪测量螺旋桨的推力T,扭矩Μ,记录速度v和转速n,算得各个进速系数J=v/nD下的推力系数
,扭矩系数
ρ为水的密度,D为桨直径)和螺旋桨敞水效率。这种试验称为螺旋桨敞水试验。据此绘成的螺旋桨敞水特性曲线,可供设计者使用。

拖曳水池船模自航试验

把模型螺旋桨安装在带附件的般模艉后面,模拟实船航行状态,称为船模自航试验。试验时,由装在船模内的电动机通过螺旋桨动力仪转动螺旋桨推动船模前进;测量螺旋桨推力T、扭矩Μ、同时记录速度v,螺旋桨转速n和强制力Z(强迫自航时)。由于实船的雷诺数远较船模相当速度的雷诺数大,故船模摩擦阻力系数比实船大,亦即船模自航时的螺旋桨负荷系数比实船大。在纯粹自航试验时,必须在船模上附加一拉力(此拉力等于摩擦阻力修正值Ra,强迫自航时可在强制力Z中扣除Ra),才能使船模的自航状态完全对应于实船的航行状态。将试验结果连同船模阻力试验资料和螺旋桨敞水实验资料进行综合分析,求出伴流分数w,推力减额t,以及其他有关系数,就能掌握船体与螺旋桨的相互作用,预报实船在各种速度时的主机功率和推进性能。

拖曳水池其他试验

水上飞机在起飞阶段的模型试验与滑行艇试验方法相似,但在起飞过程中,因为有空气动力的作用,水动力作用减小,故试验时必须相应地加一向上拉力,以代替机翼的举力。为了模拟飞机降落状态,也可做飞机模型的撞水试验。

拖曳水池国内主要科研院所水池数据(长×宽×深,拖速):


  708所 70×6×3,3
  702所 470×14×7,15
  上海船研所 192×10×4.5,10
上海交大 110×6×3,6
江苏科技大学100×6×2,6 ; 200×10×7,15
华中科技大学 170×6×5,8
  天津大学150×7×3,6
  武汉理工132×10×2,6

拖曳水池其他相关

在拖曳水池中,还可观察和拍摄流线并对流态进行录像,也可测量船模的兴波,以计算兴波阻力。此外,可利用多孔皮托管或激光测量船艉或螺旋桨盘面上各点的流速,计算出船艉伴流分布情况;如在拖车上设置平面运动机构,则可进行船模运动性能试验。近年来,有些水池在主拖架下装一横向可移动的小车架,主车架前进时,小车架可拖曳船模作横向运动。这种车架称为X-Y车架,用它可按照预定航行轨迹作船模的操纵性试验。
词条标签:
中国力学学会 科技产品 流体力学 水力学