第六章船模自航試驗及實船性能預估為了獲得螺旋槳與船體之間的相互作用諸因素，如伴流分數(shù)、推力減額分數(shù)以及其他相互作用系數(shù)，應(yīng)進行三種試驗：船模阻力試驗、螺旋槳敞水試驗及有附體的船模自航試驗。船模自航試驗是分析研究各種推進效率成分的重要手段。對于給定的船舶來說，通過自航試驗應(yīng)解決兩個問題：預估實船性能，即給出主機馬力、轉(zhuǎn)速和船速之間的關(guān)系，從而給出實船的預估航速，驗證設(shè)計的船舶是否滿足任務(wù)書中所要求的航速。判斷螺旋槳、主機、船體之間的配合是否良好。如果配合不佳，則需考慮重新設(shè)計螺旋槳。此外，根據(jù)實船試航結(jié)果與相應(yīng)的船模自航試驗數(shù)據(jù)，可以進行船模及實船的相關(guān)分析，積累資料以便改進換算辦法，使船模試驗預報實船的性能更正確可靠。§6-1自航試驗的相似條件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力試驗時，我們只滿足了傅氏數(shù)相同的條件，對于船模的雷諾數(shù)只要求超過臨界數(shù)值。因此，上式中，下標帶m者表示模型數(shù)值，帶s者表示實船數(shù)值（以下相同）。在螺旋槳敞水試驗時，只滿足進速系數(shù)相同的條件，對于螺旋槳模型的雷諾數(shù)也只要求超過臨界數(shù)值，因此，VVAs~—AmnDnD在進行船模的自航試驗時，兩者都要求滿足：根據(jù)幾何相似，有:(6-1)(6-1)s mVs mV=G-/)V,V=G-刃)VG-/)v_G-刃)v

s~—mm九由于故nn假定伴流無尺度作用，則3—3，因此，可得：n=n、;X (6-2)(6-1)及(6-2)兩式是船模自航試驗應(yīng)滿足相似定律的條件，由于船后螺旋槳滿足了進速系數(shù)相等的條件，因此在不考慮尺度作用的情況下，螺旋槳實槳及其模型在推力、轉(zhuǎn)矩及收到馬力方面存在下列關(guān)系：3S"m(6-3)Q—Qm亍X(6-3)PLPDm牛XX3m(6-3)式只對螺旋槳說來是正確的，但自航試驗是把螺旋槳與船體聯(lián)系起來統(tǒng)盤考慮的。因此推力與阻力之間必然有：(6-4)對于實船 TG-1(6-4)對于船模 TG-1)=R如果將(6-3)、(6-4)兩式聯(lián)系起來分析，發(fā)現(xiàn)兩者是不一致的。從推進的角度出發(fā)，當滿足傅氏數(shù)和進速系數(shù)相同的條件時，模型與實槳的推力之間確實存在縮尺比三次方的關(guān)系。假定推力減額無尺度作用，即t=t，則從(6-4)式看來，實船與船模的阻力之間也應(yīng)與縮尺比三次方有關(guān)才能使兩者一致』但是，在《船舶阻力》課程中我們已知，當船模與實船在傅氏數(shù)相同時，兩者的總阻力并不存在縮尺比三次方的關(guān)系，即R豐R"rX3m為了克服這個矛盾，需要在船模自航試驗中作適當處理后才能進行實船的換算。二、摩擦阻力的修正-實船自航點的確定在船模自航試驗中，當滿足傅氏數(shù)尸，及進速系數(shù)1相同的條件時，則模型與實船之間的各種力基本上是縮尺比的三次方關(guān)系，唯阻力之間不存在這種關(guān)系。在阻力中，剩余阻力部分實際上也是滿足這種關(guān)系的，因為在尸,相同時實船和船模的剩余阻力系數(shù)相等，故兩者總阻力之間不存在縮尺比三次方關(guān)系主要是摩擦阻力部分造成的。為了使試驗中各種力都存在縮尺比三次方的關(guān)系，需對阻力進行修正(實際上是對摩擦阻力修正)，人為地將其硬湊成三次方關(guān)系。

實船在相當速度V=^1V時的阻力為R,則摩擦阻力設(shè)船模在速度匕時的阻力為R,實船在相當速度V=^1V時的阻力為R,則摩擦阻力s或 R=Px3(R-F) (6-5)m這樣，在船模自航試驗中，當船模速度為V時，我們設(shè)法預先對船模加一個拖曳力F，則螺旋槳模型發(fā)出的推力T僅需克服阻力(R-F)，此點稱為實船自航點即相當于實際螺旋槳發(fā)出推力T克服實船的總阻力R。經(jīng)過這樣處理以后，船模自航試驗系統(tǒng)中各種力便都存在1的關(guān)系。’ S假定tm=t，，則(6-5)式可寫作：耳=R-F-jX3E Pm或 T=Tp,-X3m從上面的分析可知，進行摩擦修正(或稱為決定實船自航點)的目的，是使模型槳的載荷與實船螺旋槳相當，只有在這種情況下，才能根據(jù)船模自航試驗的結(jié)果預估實船推進性能。§6-2自航試驗方法及數(shù)據(jù)表達一、自航試驗概述船模自航試驗，一般是在阻力試驗和敞水試驗之后進行的，據(jù)此可以分析推進效率的各種成分。圖6-1試驗布置的示說明試驗中測據(jù)。圖6-1種成分。圖6-1試驗布置的示說明試驗中測據(jù)。圖6-1意圖，借以量有關(guān)數(shù)船模在速度V時的阻力R已自阻力試驗中求得，在自航試驗中，螺旋槳模型的轉(zhuǎn)速n、推力T及轉(zhuǎn)矩Q由動力儀2測得，強制力z由阻力儀1測得，船模速度V即為拖車的前進速度。由于試驗時要求保持等速直線前進，故力的平衡必然是： mTG-1)+z=R (6-6)

自航試驗的方法有所謂大陸法（即純粹自航法）和英國法（即強制自航法）兩種。純粹自航法根據(jù)船模速度V時的尸值，事先在船模上予以扣除（即圖6-1中時Z應(yīng)等于F），然后調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速，使其發(fā)出的推力恰能克服阻力（R-F〉保持船模速度與拖車速DV相等。由于F在試驗中不能改變，因此調(diào)節(jié)比較困難。在我國各水池中，基本上都采用強制）自航法。強制自航法是船模在螺旋槳推力T和強制力z的共同作用下，其前進速度和拖車速度Vm保持相等。對某一選定的船模試驗速度V，一般需要外加五個強制力，即z、z、z、z、z。m 1 2 3 4 5對不同的強制力，為維持船模速度V而要求螺旋槳模型發(fā)出的推力T，轉(zhuǎn)速n及轉(zhuǎn)矩Qb是不同的。因此對于一個速度一般需要試五次，各次盡可能保持同一速度V。測量記錄數(shù)據(jù)有V、z、T、Q及n五項。五個強制力的范圍大致是：z=0，相應(yīng)于船模的自航點，即螺旋槳模型發(fā)出的推力克服船模的阻力；z=F，相應(yīng)于實船的自航點。z=0.5F，z、z一般大于F，3D 2 D4 5 D總之使試驗點子能合理布置。V3，V4V3，V4，其中V3約相當于實船試航速度，匕則高于實船試航速度，以保證預估之實船性能在試驗范圍之內(nèi)。在對某一速度V進行試驗時，由于很難保證相應(yīng)于五個強制力的各次試驗速度都相同，在有小量偏離的情況下，可以用下列辦法進行修正。如某次試驗量得之船模速度為咋，其相應(yīng)的數(shù)值為T，，Q，n'，z'，現(xiàn)在要化至標準的速度二，及其對應(yīng)的數(shù)值T，Qb如某次試驗量得之船模速度為咋，其相應(yīng)的數(shù)值為T，，Q，n'，z'，現(xiàn)在要化至標準的速度二，及其對應(yīng)的數(shù)值T，Qb，n，z，V'n'~m=—

Vn其間之關(guān)（6-7）T'QLB(6-8)自航試驗的測量結(jié)果通常應(yīng)繪制成如圖6-2所示之船模自航試驗曲線。據(jù)此可以進行各種推進效率成分的分析及實船性能預估。TzQbn圖6-2二、試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理根據(jù)船模阻力曲線、螺旋槳模型敞水性征曲線及船模自航試驗曲線，大體按下列步驟進行推進效率成分的分析處理，以便求得船體與螺旋槳相互影響的諸因素及推算出實船在相當速度時的推進性能。相當于實船自航點的推進效率分析

試驗的船模速度VmVmlVm2Vm3Vm4相應(yīng)的船速V=久0.5?VVVVVs msls2s3s4船模阻力RRRRRmmlm2m3m4摩擦阻力修正值FFFFF據(jù)FDD在自航曲線上查出：DD1D2D3D4D螺旋槳轉(zhuǎn)速nnin2n3n4推力TTiT2T3T4轉(zhuǎn)矩依靠槳模推力克服之阻力為:QBQB1Q^B2Q^B3QB4R=R-FRRRRmD推進效率：1234偵RVm/2叫nn‘D1n‘D2n‘D3n‘D42?推進效率成分的分析船后螺旋槳推力系數(shù)氣=T/pn2D4KT1KT2KT3KT4船后槳的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 、=QB/Pn2如據(jù)等推力法查敞水性征曲線，得：KQB1KQB2KQB3KQB4進速系數(shù)JJ1KQ01J2J3J4敞水轉(zhuǎn)矩系數(shù)KQ0KQ02KQ03KQ04敞水效率n0mn‘0m1nz0m2n‘0m3n‘0m4相對旋轉(zhuǎn)效率nRm=KQ0/KQBn‘Rm1n‘Rm2n‘Rm3n‘Rm4推力減額系數(shù),=T-R/Ttm1tm2tm3tm4伴流分數(shù)Q。=1-JnD/VmQm1Qm2Qm3Qm4船身效率nHm=(1-tm)/(1-Qm)n‘Hm1n‘Hm2n‘Hm3n‘Hm4推進效率七=如知篇n'd1n%2n%3n%4上述表中分析所得的各種效率成分都是對應(yīng)于船模的數(shù)值。此外，兩種表中分析所得之推進效率在數(shù)值上應(yīng)基本一致，其誤差應(yīng)不超過0.001。§6-3實船推進性能預估所謂實船性能預估，是指根據(jù)船模自航試驗結(jié)果給出實船航速、螺旋槳轉(zhuǎn)速及收到馬力之間的關(guān)系。在20世紀50年代前，常用模型自航試驗數(shù)據(jù)按相似定律和縮尺比直接算出實船的有關(guān)數(shù)據(jù)，由于忽略了所有的尺度作用，不可能得到正確的預報結(jié)果。自50年代末開始，各國水

池十分重視實船性能的預估問題，同時實船試航的資料積累也日漸增多，有可能對尺度作用進行經(jīng)驗統(tǒng)計的修正。例如英國船池會議BTTP于1965年采用的（1+0、X2作為標準方法，1966年ITTC也曾給以推薦，（1+x）、K2統(tǒng)稱為實船船模相關(guān)因子，前者主要是對阻力估算的相關(guān)因子，后者是照顧伴流尺度作用的相目關(guān)因子。由于該方法在分析中物理意義不清晰，后被廢棄不用。本節(jié)主要介紹實船性能預估的△C、△①方法及1978ITTC的標準方法?！ⅰ鰿、△m法在20世紀60.70年代，日本以及北歐的一些國家喜歡采用這種方法預估實船性能.△C、△m也稱為相關(guān)因子，是根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計資料而得出的修正數(shù)據(jù)。這種方法認為：在船模實船的換算中，造成預估不正確的主要問題在于阻力和伴流二項，由于粘性不相似及摩擦阻力計算的外插等問題，致使阻力換算結(jié)果與實際有差別，因此需要用相關(guān)因子△C予以補救。伴流受粘性的影響較大，船模試驗得到的伴流數(shù)值偏高，應(yīng)由相關(guān)因子^m予以T修正。至于相對旋轉(zhuǎn)效率n，推力減額分數(shù)t則認為尺度作用影響較小，可直接采用船模試驗數(shù)據(jù)。螺旋槳的敞水性征曲線有修正與不修正兩種意見。這類預估方法的大體步驟是：VVs1s2[C][C]2Tsm1Tsm2[C][C]TsA1TsA2RRTs1Ts2TTs1s2OOm1m2OOs1s2VVA1A2(Kt/J2)1(Kt/J2)2VVs3s4[C][C]Tsm3Tsm4[C][C]TsA3TsA4RRTs3Ts4TTs3s4OOm3m3OOs3s4VVA3A4(Kt/J2)3(Kt/J2)4實船航速 V=久0.5?匕從船模換算所得實船阻力系數(shù) :CT]m實船的實際總阻力系數(shù) Tsm[CTs]A=[CTs]m+ACt實船總阻力TsATsmTRTs=0.5也睥斗CTs]A要求螺旋槳發(fā)出的推力’%/（1-t）船模伴流分數(shù) 刀S" "m實船伴流分數(shù) CO=①+A刀螺旋槳進速 vA=（1-氣）vsK/J2=T/pV2D2T ssAs表中K/J2對于一定的船速是一常數(shù)，表示從阻力角度對螺旋槳的要求。在螺旋槳的敞水性征圖上可事先另設(shè)一個縱坐標K/J2，并繪制該槳的JK/J2曲線，從該曲線上可以讀出表中K/J2=常數(shù)的點子，該點表示了實船螺旋槳的工作點，T由此可以讀出n0、J、K等，并可按下表計算轉(zhuǎn)速及馬力。 0 'n‘01n‘02n‘03n‘04jJJJ1234KKKKQ1Q2Q3Q4n‘Ds1n‘Ds2n‘Ds3n‘Ds4N N_N N N_N N.0實槳的進速系數(shù) J實槳的敞水轉(zhuǎn)矩系數(shù) KQ實船推進效率 nDs=n0nRm（1-tm）/（1-氣）實槳轉(zhuǎn)速 N=V../JD,

實船有效馬力PEs=RTsVs/75pEs1pEs2pEs3pEs4實槳收到馬力PDs="農(nóng)pDs1pDs2pDs3pDs4據(jù)上述表中的計算結(jié)果，同樣可以繪制如圖6-3所示之N「V、及Pd-V曲線。二、1978ITTC 圖6-3 單槳船實船性能預估的標準方法近二十年來關(guān)于實船性能預估問題的研究十分活躍，在歷屆ITTC會議上都有相當?shù)馁Y料公布和有關(guān)這方面的討論。十五屆ITTC性能委員會企圖總結(jié)出一個標準方法，經(jīng)過三年的準備，在1978年十五屆ITTC會議上提出了一個《1978ITTC單槳船實船性能的預估方法》，并被大會通過作為暫行標準方法，要求各成員組織按此進行實船性能預估。原先十五屆ITTC性能委員會準備給出統(tǒng)一的標準，但實際上無法做到，因而采取折衷的辦法，將暫行標準分為兩部分。第一部分是1978ITTC標準預估，一切照其規(guī)定辦法進行計算，第二部分是結(jié)合各水池自己積累的資料給予經(jīng)驗性修正，并據(jù)以得出實船航速、螺旋槳轉(zhuǎn)速及收到馬力之間的關(guān)系。這個方法基本上與△C、△⑦法相類同，唯對許多因素規(guī)定得更加明確具體而已?，F(xiàn)簡述如下： T第一部分：1978ITTC標準預估阻力采用三因次的(1+K)方法進行換算，故船模的總阻力系數(shù)應(yīng)寫作：C=G+K)C+C (6-9)式中，Cf為按1957ITTC公式計算之摩擦阻力系數(shù)，Cr為剩余阻力系數(shù)，(1+K)為形狀因子，可根據(jù)席氏數(shù)Fr=0.1?0.2范圍內(nèi)的試驗結(jié)果按下式?jīng)Q定：Frm< /Fm-Tm=G+KFrm< /Fm-Tm=G+K)+AFm其中，(1+K)、A、m等數(shù)值由最小二乘方確定。故船模的剩余阻力系數(shù)為C=C-(1+K)C。

在相當速度時，實船的剩余阻力系數(shù)c=c。 RmTmFm因此，無觥龍骨時實船的總阻力系數(shù)為；RmC=G+K)C+C+△C+C(6-10)(6-11)TsFsRsAA(6-12)TOC\o"1-5"\h\z其中，(1+K)、Cr由船模試驗求得，Cf為按1957ITTC公式計算之摩擦阻力系數(shù)，△C為粗糙度附加，由下式?jīng)Q定， ' F(6-12)fK)1/3△C=105s—0.64FL\WL/ _x10-3TOC\o"1-5"\h\z其中，K為船體表面粗糙度，通?？扇镵=150X10-6米，L為水線長度，CAA為空氣阻力系數(shù)，可按下式求得： S WL 叢4 ，一、C=0.00官 (6-13)其中，4為水線以上船體及上層建筑在橫中剖面上的投影面積，S為濕面積。在裝有觥龍骨時，實船的總阻力系數(shù)為：C=S+SBK[(L+K)C+△C]+C+C (6-14)Ts S Fs FRsAA其中，S為觥龍骨面積。螺旋槳敞水性征曲線螺旋槳模型敞水試驗的臨界雷諾數(shù)不低于3.0X105,試驗結(jié)果以無因次系數(shù)K、K及J來表示，并給出敞水性征曲線。 TQ實船螺旋槳的性能應(yīng)根據(jù)模型敞水試驗結(jié)果進行尺度修正后求得，修正辦法詳見本書第4章第2節(jié)中1978ITTC推薦的方法。船模自航試驗結(jié)果采用等推力法求出相當于實船自航點處的模型推進效率成份，即力，t及n，其分析方法詳見本章第2節(jié)。m?實船伴流分數(shù)①按下式計算：^=(t+0.04)+\rn-(t+0.04》"+』；1C△" (6-15)Fm假定推力減額分數(shù)與相對旋轉(zhuǎn)效率無尺度作用，即ts=tm；疽〃Rm實船性能的標準預估步驟與△C、△刃法相同，這里不再重復。第二部分：根據(jù)各水池本身所積累的經(jīng)驗修正，給出實船航速、轉(zhuǎn)速及馬力之間的關(guān)系。15屆國際船模試驗池會議性能委員會在分析不同單位提供的實際資料時發(fā)現(xiàn)，無論采用何種公式所得的△C與△力數(shù)據(jù)總是相當離散，難以得出一致的規(guī)律。造成這種離散的原因一.. 一T、.、，、,一、、.一. 八一.，.一 是由于各水池的模型試驗及實船試航程序不同所致。因此，需要引進一個所謂結(jié)合本單位的修正項，以便提供比較切合實際的實船性能預報。1981年16屆國際船模試驗池會議建議：采用功率因子Cp及轉(zhuǎn)速因子Cn進行修正，Cp及Cn的數(shù)值由各水池根據(jù)自己積累的經(jīng)驗統(tǒng)計資料決定。因此，經(jīng)CP，CN修正后給出的實船試航性能預估數(shù)值為：轉(zhuǎn)速PN N=C-N收到馬力 P：=C：.p]式中，N及PDs為ITTC標準預估中得出之轉(zhuǎn)速及螺旋槳收到馬力。按上述方法所得到的結(jié)果，同樣可以繪制如圖6-3所示之曲線。三、實船船模相關(guān)因子的選取如前所述，根據(jù)船模自航試驗結(jié)果預估實船性能時，相關(guān)因子的合理選取對預估的正確性極為重要。在進行實船性能的預估方法中，目前應(yīng)采用1978ITTC標準預估方法，但不少水池仍按傳統(tǒng)習慣沿用△C，△3法，至于BTTP提出的（1+0、K2法已基本廢棄不用。在我國制訂的“單槳船模自航試驗及數(shù)據(jù)的標準表達方法”標準文件中，規(guī)定采用1978ITTC標準預估方法，也可以使用△C，△3法。因此，這里簡要介紹兩種預估方法中相關(guān)因子的選取問題。 T1.1978ITTC預估方法在1978ITTC的預估方法中，16屆國際船模試驗池會議規(guī)定采用功率因子C及轉(zhuǎn)速因子PC進行修正。因此，CP，C即為實船-船模的相關(guān)因子。根據(jù)上海交大水池對7條單槳船的實船及船模相關(guān)分析的結(jié)果，NCP，CN值如圖6-4所示。平均說來，C=0.9725,C=【0234,16屆國際船模試驗池會議性能委員會認為上述數(shù)據(jù)是在合理范圍之內(nèi)。 N0.5 1.0 1.5(b)圖6-42?△ct，△3法

在△c,△力預估方法中，實船阻力按傳統(tǒng)的傅汝德二因次方法由船模阻力試驗結(jié)果換T 一一算而得，其中摩擦阻力系數(shù)米用1957ITTC公式進行計算。根據(jù)上海父大水池對有關(guān)實船及船模相關(guān)分析的結(jié)果，相關(guān)因子△C如圖6-5所示。圖中同時給出了日本三菱試驗池的分析結(jié)果。 T0.40.2q0-0.20.40.2q0-0.2-0.4-0.6-0.80.5 1.0 1.5 2.0Rex10~9圖6-5在上節(jié)中所給出的Pd；在上節(jié)中所給出的Pd；V及n-V的關(guān)系曲線，表示所試驗的船體配上螺旋槳推船前進時s圖6-6由圖中可見，相關(guān)因子△C比較離散，其平均數(shù)值可按圖中的虛線選取，或按下列經(jīng)驗公式計算： T△C=—1.6154X10-10Re+0.1831 (6-16)T至于相關(guān)因子△力，其實質(zhì)是實船伴流分數(shù)刃與船模伴流分數(shù)刃之差，即^切=切—切。因此，問題可歸結(jié)為既知吃如何估算⑦，根據(jù)我們的經(jīng)驗，可按本書第5章第4節(jié)中5(5-56)式或(5-57)式進行計算。嚴格說來，實船船模的相關(guān)因子應(yīng)按各水池自己積累的經(jīng)驗選取，但在資料缺乏的情況下，上述數(shù)據(jù)可供實船性能預估時參考使用。四、實船試航速度預報、螺旋槳與主機的配合情況對于產(chǎn)品任務(wù)說來，自航試驗的目的是希望預先了解實船能達到的試航速度，螺旋槳與主機的配合情況。V、P、n之間的關(guān)系。亦即螺旋槳以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)sDss s時，如果能收到功率p的話，則這個螺旋槳就可推Ds船以速度V前進。因此，如圖6-3所示之曲線僅僅s表示螺旋槳與船體的關(guān)系，還沒有涉及到與主機的關(guān)系。當給定主機的功率和轉(zhuǎn)速時，我們即可預報實船試航速度和判斷螺旋槳與主機配合情況。設(shè)螺旋槳設(shè)計工況所對應(yīng)的主機的轉(zhuǎn)速為N，功率為P、軸系傳送效率為〃、，則主機在轉(zhuǎn)速N時能夠供給螺旋槳的馬力為P'。將此數(shù)值畫在自航試驗所得之實DS

船PD-V,n曲線如圖6-6所示。DP'直線與PD曲線的交點表示主機供給螺旋槳的馬力恰為螺旋槳所需要吸收的馬力，此點為￥機與螺旋槳在功率上平衡一致。從該交點可讀得螺旋槳的轉(zhuǎn)速為n，船速為v‘。現(xiàn)在需要考察螺旋槳轉(zhuǎn)速n與主機轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，這可能有下列三種情況: ssp'=Ps，N=n'表時螺蒞槳與主機不僅在功率上平衡一致，兩者在轉(zhuǎn)速上也一致。因此，主機與螺旋槳配合良好，符合設(shè)計要求。預計的實船試航速度可達V，。P'=P^，N<n' S由于^在荷樣馬力時螺旋槳的轉(zhuǎn)速較主機為高，由此可以斷定相對于設(shè)計工況來說螺旋槳的負荷過輕，即當該槳在轉(zhuǎn)速N運轉(zhuǎn)時，其吸收的馬力將小于設(shè)計工況主機提供的馬力。P'=P，N>n'此時）：才聲對于設(shè)計工況來說，螺旋槳負荷過重。即當該槳在轉(zhuǎn)速N運轉(zhuǎn)時，其吸收的馬力將超過設(shè)計工況主機提供的馬力，如果以額定轉(zhuǎn)速和額定馬力作為設(shè)計工況的話，則該槳必須降低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。船體、螺旋槳、主機三者配合一致是船舶設(shè)計者必需力爭做到的。從自航試驗的結(jié)果來看，第一種情況符合這個要求，因此可以預計所設(shè)計的船體、螺旋槳與主機是配合一致的，同時可以預報在主機功率P，轉(zhuǎn)速N時實船可達到的試航速度為V'情況②、③都出現(xiàn)船體，螺旋槳與主機不配合，表明'原設(shè)計存在問題，需要加以改進而使三者配合一致。一般說來，由于船體、主機已定，修改螺旋槳比較方便省事，在自航試驗預估中如出現(xiàn)情況②或情況③，船模試驗研究機構(gòu)應(yīng)負責提供修改方案，即推薦一個能與船體，主機相匹配的螺旋槳，以糾正原設(shè)計的錯誤。在機翼理論和螺旋槳理論基本知識中我們已知，改變螺旋槳的負荷可以有兩種辦法：①保持原來葉切面的形狀而改變螺距；②保持原來的螺距而改變?nèi)~切面的形狀（即改變?nèi)~切面的拱度）。因此，如果在自航試驗預估中發(fā)現(xiàn)螺旋槳負荷過輕，則可以用增加螺距或增加葉切面拱度的辦法使之改進。在螺旋槳負荷過重的情況下則可以借減少螺距或減小葉切面拱度的辦法使之改進。實用上以修改螺距較為簡單，對于原先用圖譜設(shè)計的螺旋槳尤其方便，這是因為使用圖譜系列資料很快可以得出修改后螺旋槳的數(shù)據(jù)，同時原先設(shè)計的螺旋槳一般都已進行空泡校核及強度計算，現(xiàn)只修改一下螺距估計對這方面的影響不大。下面簡要介紹根據(jù)螺旋槳敞水系列試驗曲線對螺旋槳進行修改的大體步驟：已知原設(shè)計槳（如圖6-6中的交點）在吸收功率PD、、轉(zhuǎn)速n'時船速為V'，且該槳之直徑為Q，螺距比為PZD。據(jù)P、n及D等可算出該螺旋槳的K，s再根據(jù)自航試驗所得的n可得Dss QB R該槳的敞水轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kq0。主機在轉(zhuǎn)速N時能供給螺旋槳的馬力為P。若螺旋槳的直徑不變，則可以得出主機能供給該槳的K'和相應(yīng)的敞水K'或者根據(jù)P=P（功率一致），也可得出兩者之關(guān)系。QB Q0 DSDs2nNK'pN2D5=2nn'Kpn'2D5QBN3K'=n'3KQBS同時，可有：QBSQB

同時，可有：KQ0K，KQ0Q0修改后螺旋槳的敞水K，滿足上式的要求，則可與主機的功率及轉(zhuǎn)速配合一致。然后，假定若干個船速服并算得對應(yīng)的進速系數(shù)J，根據(jù)上面計算的K'及J在敞水曲線圖譜中查得若干組P7D和K，，并得到對應(yīng)的T'（V），最后可由Tf（V）=R（V）確定修改后螺旋…一一 T e e槳的螺距比P'7D和船速V。如果不按上述辦法修改，則也可以根據(jù)船模試驗所得出的有關(guān)數(shù)據(jù)，如Rt、t，⑦，nR等，重新進行螺旋槳設(shè)計。 TsmsRm在許多情況下，船模自航試驗使用的是備用螺旋槳模型而不是設(shè)計槳的模型。所謂備用螺旋槳模型是指船模試驗池已有的庫存螺旋槳模型。各國船模試驗池普遍采用備用螺旋槳進行自航試驗的原因是：①對于船型系列試驗研究項目，無明確對應(yīng)的實船，則選用大體合適的備用槳進行自航試驗以便提供船型系列有關(guān)的各推進效率成分資料。②對于新設(shè)計船舶的產(chǎn)品試驗研究來說，由于設(shè)計者要求盡快提供新船的推進性能，作為方案設(shè)計審查的依據(jù)。按設(shè)計螺旋槳新造一個模型相當費工費時，為了節(jié)省時間，只好選用船池中已有的槳模。③備用槳所得的試驗結(jié)果用之于實際尚能滿足工程上的要求而沒有顯著的誤差。選用備用槳進行自航試驗雖然可以免除設(shè)計槳模型的加工制造，但我們需要的是設(shè)計槳與船體、主機匹配是否良好，以及用設(shè)計槳后船舶能達到的航速等等。因此，用備用槳進行試驗所得的數(shù)據(jù)必須加以換算并給出相應(yīng)于設(shè)計槳的結(jié)果?，F(xiàn)就有關(guān)問題說明如下：備用槳的選擇原則：備用槳的螺距比、葉數(shù)及盤面比應(yīng)盡可能與設(shè)計槳相近，即使有些差別，問題不大。但是，備用槳的直徑必須與設(shè)計槳相同，這是因為直徑不同會影響到⑦，t，nR等因素，故備用槳的直徑務(wù)必與設(shè)計槳一致。關(guān)于這一要求是極易做到的。假定設(shè)計槳的實I槳直徑為d，船s池中現(xiàn)有比較合適的備用槳的直徑為Dm，則可以根據(jù)―=久作為實船和船模的縮尺比，這樣m便保證了備用槳模型直徑與設(shè)計槳模型的直徑相同。按備用槳進行自航試驗后的船模推進效率成分分析方法與本章第2節(jié)（二）相同。所用的分析資料是船模阻力曲線，備用槳的敞水性征曲線及自航試驗曲線。由此所得到的對應(yīng)于實船自航點的各種效率成份如n，n，t，mn以及轉(zhuǎn)速n等都是備用槳的數(shù)值。0R D m根據(jù)船模試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，當螺旋槳直徑相同時，由于其他因素變化對nR，t，m的影響較小，因此可以認為：用備用槳自航分析所得的nR，t，m等數(shù)值完全適用于設(shè)計槳。在用△C、△⑦法或1978ITTC方法進行實船性能預估時，只要根據(jù)備用槳得出之模型nR，t，m等數(shù)值及設(shè)計槳的敞水性征曲線，參照本章第3節(jié)中所介紹的辦法進行分析，便可得出相應(yīng)于設(shè)計槳的實船性能預估曲線，即P，N-V曲線。由此可見，對于新設(shè)計船舶以備用槳進行自航試驗的前提是：必須已知設(shè)計槳的敞水性征曲線，否則將無法預估實船的性能。五、實船船模的相關(guān)分析從前面的許多討論中我們可以清楚地看到，由于船模試驗不是（也不可能是）在全相似的條件下進行，因此根據(jù)船模試驗結(jié)果進行實船性能預估時，不得不利用經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以期

提高預估的正確性，這些經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)可統(tǒng)稱為實船船模的相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是從船模試驗與相應(yīng)的實船試航資料分析比較而得來的。這種分析比較可統(tǒng)稱為實船船模的相關(guān)分析。為了提高實船性能預估的正確性，需要積累大量的實船試航資料。為了尋求合理的船模換算方法，也需要積累大量的實船試航資料。因此，重視實船試航以取得可靠的數(shù)據(jù)，認真進行船模實船相關(guān)分析，是十分重要的。在進行實船船模相關(guān)分析時，所需要的資料是：實船試航數(shù)據(jù)，即N，P-V曲線（圖6-7）。相應(yīng)的船模試驗給出的實船性能預估，即N，P-N曲線（圖6-8）。相關(guān)分析可按如下步驟進行。相關(guān)分析可按如下步驟進行。功率因子CP及轉(zhuǎn)速因子CN的相關(guān)分析螺旋槳的這種相關(guān)分析比較簡便。對于某一船速V，從實船試航數(shù)據(jù)得出的馬力為P螺旋槳的DT轉(zhuǎn)速為％，但根據(jù)船模自航試驗用1978ITTC標準方法預估實船在V時的馬力為P*轉(zhuǎn)速C-PCC-PC—pTDsC廣Ns(6-17(6-17)(6-18(6-18)AC?△力因子的相關(guān)分析對于某一船速V從實船試航數(shù)據(jù)得出馬力P，螺旋槳的轉(zhuǎn)速N，則可利用相應(yīng)的船模自航數(shù)據(jù)及螺旋槳敞水性征曲線進行相關(guān)分析。DT T根據(jù)實船螺旋槳的收到馬力pdt按下式算出船后轉(zhuǎn)矩qtb：Q=^5^TB2兀NT利用船模自航試驗所得的相對旋轉(zhuǎn)效率nRm按下式求得實槳敞水轉(zhuǎn)矩Qt0:QT0=“Rm■QTB根據(jù)實槳的直徑Ds，轉(zhuǎn)速Nt及水的密度p按下式求得實槳敞水轉(zhuǎn)矩系數(shù)氣。：KQ0=pNDTs根據(jù)上述Kq0在螺旋槳敞水性征曲線上查得實槳的工作點J及推力系數(shù)％，由此可得：實槳的推力。 T=KpN2D4實槳的進速 V=》ND根據(jù)實船的航速V，可算出伴流分數(shù)牝「 Tss 'V3=1-VAs利用船模自航試驗所得的推力減額分數(shù)。，可得實船的總阻力月A”：R=T（1-1）根據(jù)實船的航速Vs，船的濕面積S及水的密度可得實船總阻力系數(shù)[CTs]A：CTsL=-pSV,2 s上述[CTJA，刃是實船試航分析所得的實際總阻力系數(shù)與伴流分數(shù)。據(jù)此可得相關(guān)因子如下：5s△C=\c]-lc]T tsAtsm△rn=rn一rn式中，\c]為船模換算所得的實船總阻力系數(shù)；為船模自航分析所得的模型伴流分數(shù)。tsm m§6-4實船試速船舶在建造或維修工作完成后，照例要進行試航，以檢驗船舶在快速性、操縱性、主輔機性能及船舶裝置等營運性能是否達到規(guī)定的技術(shù)指標。由于實船快速性試驗是其中一項重要內(nèi)容，因此，也常稱為實船試速。此外，大量實船試航資料的積累對于建立各家水池的實船船模相關(guān)數(shù)據(jù)，以提高實船性能預估的正確性是非常重要的。就“船舶推進”這門學科而言，最關(guān)心的是取得如圖6-7所示的實船試速的可靠數(shù)據(jù)。關(guān)于實船試速的條件和方法，我國已制定了標準化文件，本節(jié)只作簡單的介紹。—、試速條件1.測速應(yīng)選擇水面寬廣，有足夠深度，風浪、潮流影響較小的水域作測試區(qū)。通常多采用疊標法測速，因此測速區(qū)不宜離岸邊太遠。測速區(qū)的標樁設(shè)置如圖6-9所示。圖6-9在岸上設(shè)立A、A、B、B四個標樁，標樁AA與BB的垂直距離為測速段長度，通常取12 12 12 121~2海里。為使船舶在進入測速段前達到穩(wěn)定的航速，在測速段兩端設(shè)在助航段，助航段長度視船舶大小而定，中小型船舶約為2?3海里(或25倍船長)，大型船舶(5萬噸以上)應(yīng)大于40倍船長。環(huán)境要求風力應(yīng)不大于蒲氏風標三級，海況不大于二級浪，能見度良好。試速區(qū)水深應(yīng)滿足以下兩式中較大者：V2,、 .一h>2.75——或h>3(Bdg式中h 水深(m)；V 船速(m/s)；g 重力加速度(m/s2);B 船寬(m)；d 吃水(m)。船|舶狀況為進行船模和實船相關(guān)分析，要求試驗船舶處于設(shè)計裝載狀態(tài)，即與船模自航試驗的狀態(tài)一致，船體水下部分及螺旋槳表面沒有污損。二、測試方法試驗工況一般分四?五檔，主機從低負荷向高負荷依次遞增，直至容許的超負荷工況。例如主機額定功率的60%、75%、90%、100%及110%超負荷工況。對于每一工況至少應(yīng)進行正反航向三個連續(xù)單航次的試驗，每一工況三個航次的主機轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能保持不變。每個航次都應(yīng)保持船的航向同標樁方位正交，且盡可能在同一測速線上，盡量少操舵，為保持航向而必須操舵時，操舵角要求不大于5°。2.測量數(shù)據(jù)航速至少由三位觀察者用秒表(精度應(yīng)可讀至1/100s)測定船舶在測速段內(nèi)航行的時間。由所測跑標時間及已知標樁距離可以計算出每一航次船舶的對地速度V。將跑標時間及對地速度填入表格。表格中也希望同時填入進標及出標時間，航次等，以便查考。當然也可利用近期發(fā)展的一些新型高精度測速裝置，無需跑標就可精確測定船舶對水速度或?qū)Φ厮俣?。但就目前情況來看，跑標還是方便可靠，樂于為人們所采用的方法。軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速測量用扭力儀測定軸轉(zhuǎn)矩及軸轉(zhuǎn)速，便可以計算出軸功率，扣除尾軸系的傳遞損失后可得到螺旋槳的船后收到馬力。軸轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速最好是連續(xù)同步記錄，否則，在測速段內(nèi)至少應(yīng)作3?4次的數(shù)據(jù)記錄。推力測量推力是船模和實船相關(guān)分析中比較重要的數(shù)據(jù)，但由于目前尚缺少足夠滿意的測量實船推力的儀器及傳感器，故實際應(yīng)用中常借助自航試驗中的相對旋轉(zhuǎn)效率nR來進行分析。其他觀察測量項目 R為了能夠?qū)υ囁俳Y(jié)果進行深入分析和以備查考，有必要對下列諸項目進行觀察或測量：航向——記錄每航次的實際羅經(jīng)航向；操舵情況一一在測速段內(nèi)記錄航行時的操舵次數(shù)及舵角；風速、風向一一測定每一航次的相對風速V及相對風向角0；R