了解船舶模型测试——建造及设施类型

船舶新闻 · 发表于 2017-4-20 12:00

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与摩托车或手机等大规模单位化批量生产相反，诸如船舶等大型机器在设计阶段到船舶下水阶段，每一个施工点都要严密坚守。由于船舶的设计和施工是耗时且繁琐的过程，因此在各个步骤都会从早期阶段就对各种错误和不准确性进行评估，并采取预防措施和测试。

正是出于这个原因，船舶模型测试从预先构建的船舶的基本设计阶段开始就起着关键的作用。船舶建模的目的或需要从它的名称本身就可以知道；其中可以小型化地评估诸如浮动船只之类的大物体，从而允许在船舶建造开始之前使船舶的特性和其他物理特征可视化。

不仅是对船舶设计人员，甚至在建造军舰或海洋工程研究的广泛探索和开发领域，模型试验对海洋钻机、石油平台、油井、浮港或码头等水载结构的研究也至关重要。近期，船舶设计软件和其他开创性仿真系统的出现大大降低了手动模型测试操作的复杂性。然而，物理测试模型的意义仍然存在，即使基于软件的方法也有其局限性，并且往往依赖于通过物理测试建立的经验关系。

船舶模型试验目的

现在让我们简单列出模型测试的目的：

ž 对船体形状，形状参数和基本曲率的估计

ž 主要尺寸缩小

ž 稳定性特征粗略

ž 适航性和机动特性

ž 阻力测试

ž 推进力和动力

拥有船舶模型的一个很大的优点是可以将船的所有尺寸缩小到一个较小的尺度，以便原型的所有重要参数可以在模型尺度上进行估计和分析，并最终外推到实船。

例如，在阻力特性实验中，由于经验关系，在船模试验池中遇到的船舶模型阻力可用于估计相应实船在海上的可行阻力值。

然而，也有一些缺点。模型测试不能用于预测船舶的详细设计方面，如总体布置、容量和油舱、详细结构、分舱、干舷等。此外，模型测试未能在较差的情况下给出船舶的确切响应，这在公海很常见。与现代基于软件的方法相比，它的准确度也较低，容易出错。

但是，船舶模型测试被认为是船舶设计和研究的关键初步阶段之一，在世界范围内已经取得了重要的意义。

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制作船模

不用说，制造一个船模型是一个相当繁琐的工作，需要精确。然而，现代CAD / CAM技术已经简化了很多事情。虽然与实际船舶相比，制造模型所花费的时间可以忽略不计，但是在施工阶段仍然需要照顾几乎所有基本方面，如：

ž 型号尺寸

ž 适当的线条和船体形式

ž 主要比例（长/宽，宽/吃水等）

ž 船体配置

ž 重心和浮力的位置

ž 主要装载船型

ž 惯性力矩

ž 附件（如有）

ž 电机类型（供电型）

ž 螺旋桨和推进装置（用于动力型号）

ž 木船模型

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船模选择什么材料制作？

现在问题出在哪里，制作船模需要什么材料呢？

当然，船型不是与实船相同的材料，即低碳钢或高强度钢。原因很简单。首先，进行模型实验的组织、机构或者个人不愿意从钢厂采购少量造船模型所需的材料，使其成批量生产。

下一个问题是，从钢板或板制造船舶模型需要非常精确的做工以及只能在造船厂使用的设备。

第三个问题是体重浮力分布本身。制造实船的材料相当笨重。因此，从浮选的物理学本身来看，保持船体漂浮在水中所需的浮力取决于排出水的体积。

现在，由于这些船型通常体型较小，没有适应排水量，因此会由于自身的重量而下沉。

因此，模型主要由以下组成：

ž 木

ž 蜡/石蜡

ž 塑料（FRP、GRP、玻璃纤维等）

ž 轻质金属如铸铅或锡纸

ž 特殊类型的纸张

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早期的船模都是用木头做的，但现在很少使用。这是因为尽管坚固耐用，但需要额外的尺寸（厚度，长度等）来增加强度。这对于压载/排载程序几乎没有空间。此外，在继续浮选过程中，发现木材膨胀，导致重量显著变化。话虽如此，即使蜡/石蜡也有自己的弱点和逐渐扭曲的缺点。

因此，由于塑料织物和纤维材料的出现，如GRP（玻璃纤维增强塑料）和聚苯乙烯。这允许船舶模型所需的强度和刚度的所有质量，而不会影响重量。

船舶制造的方法也很有意思。在诸如石蜡或蜡的介质的帮助下，首先将塞子做成类似于船舶的确切形状。这被称为“负模型”。然后用脱模剂涂覆塞子。在其周围形成一个阴模，其中浸渍有树脂的纤维层。当树脂干燥时，两个临时模具分离。然后用脱模剂涂覆在阴模内部，并将纤维/织物层集中在外面以得到最终的光洁度。然后将完成的船体仔细分离出来并送出装配。然后，这个阴模可以作为蓝图，产生所需数量的船型。

该过程需要在模型构建阶段之前进行静水压力计算。在塑造模型时需非常小心，由于小错误和缺陷会大大改变船舶设计，这反过来可能导致船舶设计失败。

最新的高端计算技术使船舶模型制作的目的更容易，就像主流造船业本身一样！

不需要研究船型，因为它们大多以主要船舶类型，即散货船、油轮、驳船等形式进行刨削。有时，这些模型只是简单雕刻成简易的船型，其中只有阻力、推进和基础静水压力计算是令人感兴趣的。

船舶模型测试设施

船舶模型测试的设施类型是以要进行的实验的目标为基础。当然，所有的模型实验都是在不同形式和尺寸的淡水空间中完成的。

船模试验池：这是模型测试中最常见的设施。船模试验池就像一个浅深的细长游泳池（大约100米左右）。周长有限，主要基于模型的宽度。这种长而窄的封闭淡水通道用于各种实验，其中模型需要“运行”或驱动一定距离，而不会给横向运动带来重要的影响。

通过该测试测量了大多数关键参数，如阻力、推进力及其相关参数、位移测量、螺旋桨浸入、修整、速度、发动机/电机性能等。

由于宽度是船模试验池的主要限制，所有与船舶横向运动有关的实验都将被避免。因此，大部分的机动和一些基于耐波性的实验都是在更宽的水道和水槽上进行的，而不是在狭窄的船模试验池中。

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船型通常连接到托架上。这种滑架或多或少像一个可移动的平台，它与模型运动一起在设置在池侧面的轨道上移动。除了支持该模型之外，支架也用于各种其他目的，如放置关键记录仪器，计算机和其他数据采集系统。我们将在即将面世的文章里对实验仪器进行更多的讨论。此外，实验者和观察员也可以搭载运输车，并为实验作见证。

船模试验池中的另一个关键因素是浅水和堵塞效应。虽然我们不会深入研究这个概念，可能值得一提的是，由于深度浅，最重要的是，模型在非常狭窄的条件下喘振。如果模型更大，问题会进一步加剧。由于模型表面与周围物理边界（侧面）之间的微小差距，水的流动被改变。这对与浮体相关的流体动力学产生不利影响。最终结果，阻力增加阻碍了模型的平滑速度。在较高水平的船舶流体动力学中可以更好地理解问题。

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模型船坞：这个设施与船模试验池有所不同，围绕相对较长的周长。因此，宽度和长度具有可比的大小。然而，深度仍然或多或少相同（通常在大约平均10米）。

由于这里的周长较宽，所以这艘船不受约束，以执行其所有的六度运动。因此，这种物理船坞被用于执行诸如滚动衰减，沉降或其他诸如锯齿形，螺旋形或转动圆的这种在狭窄的船池中不能实现的操作实验。其他应用还包括海上结构、系泊系统和管道的测试。

在许多船舶模型船坞中，可以通过产生风、波浪和潮流来完整地创造出可行的海洋环境。模型船坞有一个非常明显的优点是可以产生三维波，并且在所有方向上都产生类似于海洋的情景。波浪发生器和吸收器相应地被放置。

这种布置与船池不同。在这里，模型被移动和借助于臂的旋转，其延伸到池的跨度的一半以上。波发生器和吸收器总是相对放置。

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波浪水槽：波浪水槽在后期阶段出现，当接近一个更加“逼真”的模拟时，意义重大。这里实际意味着创建与船舶实际海域相似的模型测试环境。

在物理上，水槽类似于船池。在这里，长度超过宽度显著超过宽度。此外，深度不是很大，虽然可以超过一个简单的船模试验池。水槽的另一个有趣的特征是其长度中间的深坑。这个坑的深度相当大，是由技术原因造成的。其背后的主要思想是重建海洋地形，海域的深度可能不一，从低深度到约10000英尺或以上的深度。

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波浪的特征是波浪发生器。这些系统产生不同波长、频率和高度。现在，问题出现在“我们如何产生波浪”？答案可以很简单：

ž 风

ž 产生压力变化和水下扰动

ž 通过机械手段

由于前两点可能难以人为创造，第三点是最好的寻求。机械装置引起液压力，这又可能在池中产生波浪。这些“波浪发生器”主要是通过电动机驱动的，并且在施工中可能是昂贵的。大多数波浪发生器的基本原理是由接收电或数字信号作为输入的伺服电机触发的液压油缸的运动。原理框图如下所示：

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产生的另一个大问题是在实验完成之后需要潮湿或衰减波浪。所以为了这个目的，波浪吸收器放置在这些水槽的末端。这些通常是机械障碍，有时只是像岸边的石头和砾石。在水槽中进行的大多数实验主要是模拟实际海况的沙砾（起伏，俯仰，滚动）。

除了尺寸和目标以外，水槽与波浪槽有一个对比鲜明的特征是波浪槽只能产生“单向”和“孤立”波；即模型在大海和海洋条件下进行测试。

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下图显示了通常观察到的波浪发生器的配置：

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在本系列的下一篇文章中，将讨论主要的建模尺度方面和合适的仪器。此外，将给出一些常见实验类型及其目的的简要概述。随后我们还将简要介绍计算流体力学（CFD）方法的基本原理。

来源：沃燊海事

大爱家驹 · 发表于 2017-4-20 12:03

学习了。

aqwe · 发表于 2017-4-20 12:44

702所有船模试验水池，现在的设计公司根本没有做水池试验的，COPY比较多。

诗人与诗 · 发表于 2017-4-20 13:00

先收藏再说

江龙船艇樊明 · 发表于 2017-5-16 13:38

这个帖子好，置顶，要置顶，一定置顶。

kl757 · 发表于 2017-5-18 11:32

这个帖子好，置顶

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