52
– 用重力代替Newton数中的F
重力相似准则
F 1 2 2 L v
GP 3 G gV G g L GM
1
3 g L 2 2 L v
1 g L
2 v
v
2 P
g P LP

v
2 M
重力相似准则 Froude 相似准则
线性度 迟滞性 零点漂移
70
4.2 试验设备性能
频率响应特性 重复性 稳定性
71
05
PART FIVE
误差分析与数据处理
72
5.1 基本概念
真值 平均值 算术平均值 误差（相对误差与绝对误差）
73
5.1 基本概念
误差（偏差） 系统误差、随机误差与异常误差 精密度 正确度 精确度
74
5.2 系统误差
46
03
PART THREE
相似准则
47
3.1 相似定律
相似的条件： 模型与原型的物理属性相同 为同一物理方程所描述 机械运动相似的系统满足Newton第二定律
du F m dt
公式适用于模型和原型中任意对应点
Fp m p
du p dt p
duM FM mM dt M
48
Fp m p
53
g M LM
3.1 相似定律
当采用同一种流体，不可能同时满足重力相似准则和粘滞
力相似准则
当重力相似时
1/ 2 1 V l l g
2 V
而粘滞力相似时
V l 1 V l1 v
可知速度比尺不同，也即不能同时满足两种相似。
54
重力相似准则
在重力作用下相似的流动，其重力场相似。 映重力影响的相似准数
29
702所耐波性水池
• 七〇二研究所水动力学国防重点试验室拥有大 型耐波性水池，尺度为69m×46m×4m，配备 了三维造波系统，波浪周期0.5s～5s，最大有 义波高达0.5m，可以进行全浪向的波浪模型试 验以及三维波浪的模拟，完成了国内外大量的 波浪模型试验任务，积累了相对成熟的船舶波 浪运动测试技术和经验。耐波性水池配置了从 日本引进的浪高仪、加速度和压力传感器，以 及从比利时引进的光学运动测量系统。
1.2 船舶模型试验发展
15
1.3 船舶模型试验规程
16
1.3 船舶模型试验规程
17
2013年7月中共中央政治局进行了第八次集体学习
主题：建设海洋强国
“建设海洋强国是中国特色社会 主义事业的重要组成部分。党的十八 大作出了建设海洋强国的重大部署。 实施这一重大部署，对推动经济持续 健康发展，对维护国家主权、安全、 发展利益，对实现全面建成小康社会 目标、进而实现中华民族伟大复兴都 具有重大而深远的意义。”
30
2.3 操纵性水池
约束船模试验 在大型的拖曳水池进行，采用平面动力机构试 验，也可在回旋臂水池中进行，通过约束船模 试验，可获得作用于船模上的水动力系数，再 进行分析得到，各种机动下船舶运动状态和表 征操纵的特征参数。 自航船模试验 可以在实验室进行也可以在湖泊或水库等水面 进行，通过船模在某种机动下的自航试验，可 以直接测量出它的运动状态和表征操纵性能的 特征参数。
40
荷兰海事研究中心(MARIN)
41
41
挪威海洋工程研究中心(MARINTEK)
42
42
美国海洋技术研究中心(OTRC)
43
43
韩国海洋研究发展中(KORDI)
44
44
上海交通大学海洋工程水池
45
上海交通大学海洋工程水池
该泵出水口直径DN1800，流量≥34560m3/h，扬程≥5m，功 率630kW，半开式叶片，可调节叶片安装角度改变流量和扬程
31
2.3 操纵性水池
32
2.4 循环水槽
33
2.4 循环水槽
34
2.5 空泡水筒
35
2.5 空泡水筒
36
37
38
39
2.6 海洋工程水池
表 1 世界上著名的海洋工程试验水池的简要数据 国别 水池尺度 长 宽 水深 深井尺度 长 宽 水深 荷兰 45 36 10.5 5 5 30 短峰波 方向谱 短峰波 方向谱 0.2 6 2000 5 1990 1995 1990 1998
非电测量 放大器 记录仪器
64
4.1 试验设备-应变放大器
配接应变片及应变传感器进行应变测量 为应变片和传奇器提供桥压 对传感器输出毫伏级电压信号进行放大 有的具有低通滤波功能
65
4.1 试验设备-低通滤波器
• 当非电量测量时，由于试验环境复杂，被测信 号弱小，因此不可避免地在测试结果中，包含 高频干扰成分，其干扰信号甚至有可能将真正 有用的信号淹没。
M P aP F M M aM
重力相似准则各种比尺关系
57
3.2 船模制作-比尺
船池设备条件 耐波性试验考虑船模的自摇周期 拖车速度
58
59
• 材质：金属、木材、玻璃钢、蜡模
3.2 船模制作
60
61
3.2 船模制作
几何相似
重量控制
62
04
PART FOUR
试验设备
63
4.1 试验设备
76
5.4 异常误差
• 测量的数据中会出现个别点明显异常，偏离曲 线的整体规律，即所谓的跳点 • 判断其真伪 • 采用合适的处理方法
77

78
79
感谢各位聆听
裴玉国 大连理工大学 船舶学院
80
NeP NeM
• 牛顿相似准则： 两个相似的流动牛顿数相等
模型与原型中两个流动的作用力与 • 物理意义： 惯性力之比应相等
51
3.1 相似定律
模型与原型的流场动力相似，则作用在流场上 的各种性质的力（如重力、粘滞力、总压力、弹性 力、表面力等）都要服从牛顿相似准则，即各单项 力作用下的相似准则）。 重力相似准则 粘滞力相似准则 压力相似准则 弹性力相似准则 非定常性相似准则 表面力相似准则
• 在测量和试验中未发觉和未确认的因素引起的 误差 • 产生原因：测量仪器不良；周围环境改变；试 验人员的习惯和偏向 • 系统误差是可以清除的
75
5.3 随机误差
• 避免了系统误差后，由于客观无法避免的因素 存在的误差称为随机误差 • 其分布符合一般的统计规律:正态分布 • 多次测量用算数平均值，作为实验结果。
55
(1) 流速比尺
重力相似准则各种比尺关系
gP gM
2 v 1 g L
vP v vM
LP 0.5 L LM
3 L 2.5 L
(2)时间比尺 (3) 力的比尺
V 0.5 t L Q
dv PVP dt P 3 L dv MVM dt M 56
船模性能试验
裴 玉 国 大连理工大学船舶学院 船池实验室
1
实验课理论部分 一 二 三 船模试验概述 船模阻力试验
螺旋桨敞水试验
四
耐波性试验
五
自航试验
2 30
目录
01
试验意义
02
试验场地
03
相似律
04
试验仪器设备
05
误差分析与数据处理
3
01
PART ONE
试验意义
4
1 试验意义
5
1 试验意义
18
02
PART TWO
试验场地
19
2 试验场地
20
2.1 船池
重量：13t 速度范围：0.05-8m/s 速度精度：0.1%
21
22
23
24
25
26
27
28
2.2 耐波性水池
• 耐波性试验中船模所受的水动力主要是惯性力 和重力，粘性力相对较小，可以只考虑重力相 似，不计及粘性力影响 • 设计耐波水池的宽度，必须满足船模到造波机 之间保持足够的距离，以避免船模的反射波对 造波装置有影响 • 可吸收式造波机的应用
40
挪威 80 50 10 无
美国 45 30 6.8
加拿大 75 32 3.5 4 4
韩国 56 30 4.5
m m
多向造波机
5
12 短峰波 方向谱 0.5 10
16.5 短峰波 方向谱
8.5 短峰波 方向谱
m/s 多向造流速度, m / s 多向造阵风速度， m/s
多向拖车速度， 建成年代
• 其作用是对通带内的信号，可以无衰减的通过 ，对于落在通带外的信号具有强烈的衰减。
66
DH5922动态信号测试分析系统
• 动态信号测试分析系统集滤波器，放大器和 A/D转换为一体。 • 可对应变应力、力、压力、扭矩、温度等物理 量进行自动、准确、可靠的动态测试分析。。 • 每个通道具有独立的16位A/D转换器，实现多 通道同步采集，最高采样速率128hz/通道，各 通道舞步干扰
• 比尺关系：
du p dt p
duM FM mM dt M
代入
Fp F FM m p m mM
u p u uM
t p t t M
F t duM FM mM m u dt M
49
3.1 相似定律
• 必须有
F t 1 m u
牛顿相似准则的导出
• 质量比尺关系
6
108m大型变水深节能型拖网渔船
7
8
1 试验意义
理论分析
数值模拟
原型观测
模型试验
9
1 试验意义
10
物理模型试验的意义和地位
不可替代 和其他方法相辅相成，互为补充 需要不断发展和改进