國(guó)內(nèi)外科研試驗(yàn)水池概述

　　摘要：科研試驗(yàn)水池是進(jìn)行各種民用及軍用船舶、水上飛機(jī)、地效翼飛機(jī)模型快速性及耐波性試驗(yàn)的重要設(shè)施。本文對(duì)水動(dòng)力試驗(yàn)中最重要的試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)水池進(jìn)行了分類，介紹了國(guó)內(nèi)外主要的大長(zhǎng)度的拖曳水池、大寬度的耐波性試驗(yàn)水池和旋臂水池。

　　關(guān)鍵詞：科研試驗(yàn)水池拖曳水池泰勒水池

　　1引言

　　科研試驗(yàn)水池是進(jìn)行各種民用及軍用船舶、水上飛機(jī)、地效翼飛機(jī)模型快速性及耐波性試驗(yàn)的重要設(shè)施，可進(jìn)行阻力、自航、敞水、流線、伴流場(chǎng)，波浪中失速，升沉、縱橫搖、加速度砰擊等的試驗(yàn)內(nèi)容，并預(yù)報(bào)實(shí)航航行性能，也可以進(jìn)行水下航行試驗(yàn)、水中兵器出水入水試驗(yàn)等，是水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域最基礎(chǔ)最重要的設(shè)施之一。

　　船舶論文投稿刊物：《船舶工程》(ShipEngineering)雜志創(chuàng)刊于1979年，由中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)主辦、上海船舶設(shè)備研究所編輯出版室承辦。系中國(guó)造船工程學(xué)(gongcheng_xizhongguozaochuangongchengxue)會(huì)會(huì)刊，國(guó)家技術(shù)類核心期刊，船舶行業(yè)主流媒體。國(guó)際刊號(hào)：1000-6982，國(guó)內(nèi)刊號(hào)：31-1281/U，郵發(fā)代號(hào)：4-251，國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行。刊載內(nèi)容以刊登國(guó)內(nèi)外新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝、新材料的介紹和推廣，以及應(yīng)用研究、實(shí)用技術(shù)和管理科學(xué)的論文為主。

　　2試驗(yàn)水池的分類

　　試驗(yàn)水池是進(jìn)行水動(dòng)力試驗(yàn)的最主要的試驗(yàn)設(shè)施，包括拖曳水池、耐波性試驗(yàn)水池、旋臂水池、破冰水池、露天水池等。

　　2.1拖曳水池

　　弗勞德于1871年創(chuàng)建了世界上第一個(gè)船模拖曳水池(該水池長(zhǎng)85米，寬11米，深3米，最大拖曳速度5米/秒)，實(shí)現(xiàn)了船模運(yùn)動(dòng)阻力試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果預(yù)估的船舶航速和功率與實(shí)際情況相符。從這以后，許多國(guó)家相繼建造了類似的拖曳水池，其用途不僅是預(yù)估功率，而且經(jīng)過系列的模型試驗(yàn)研究可獲得阻力較小的船型和高效率的推進(jìn)器[1][2]。

　　區(qū)別于使用等阻力測(cè)試方法的重力式船模水池，現(xiàn)代拖曳水池多采用等速度方法進(jìn)行阻力測(cè)試，拖曳水池具備有較好的試驗(yàn)條件，能進(jìn)行重力式水池中無法進(jìn)行的試驗(yàn)，它的使用范圍廣泛，而且便于采用新的試驗(yàn)技術(shù)[3]。

　　2.2耐波性試驗(yàn)水池

　　最初的耐波性試驗(yàn)是在常規(guī)的拖曳水池中試驗(yàn)的，只需配備造波設(shè)備、消波設(shè)備和必要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量?jī)x器即可。但是在拖曳水池中只能進(jìn)行迎浪和順浪兩種航向的船模耐波性試驗(yàn)，以及橫浪無航速的橫搖試驗(yàn)，局限性較大。后來為適應(yīng)船模耐波性試驗(yàn)發(fā)展的需要，各國(guó)相繼建造了不少用于耐波性試驗(yàn)的水池[4]。

　　耐波性試驗(yàn)水池普遍采用橫跨水池的大型X-Y拖車、多方向造波系統(tǒng)等大型專用設(shè)備，可將耐波性水池和操縱性水池合二為一，除了開展艦船耐波性和操縱性試驗(yàn)研究外，同時(shí)還能開展波浪中的操縱性試驗(yàn)項(xiàng)目。XY航車系統(tǒng)由于主航車和副航車兩者間互成直角方向運(yùn)動(dòng)，故航車可在水池的整個(gè)平面做二元運(yùn)動(dòng)。主、副航車的運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以控制同步，故可使船模以運(yùn)動(dòng)切線方向或任意迎角的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)[5]。

　　2.3旋臂水池

　　這是一種進(jìn)行拘束船模試驗(yàn)的專用水池。可在穩(wěn)定的角速度下進(jìn)行模型水動(dòng)力測(cè)試的大型試驗(yàn)設(shè)施，長(zhǎng)期從事船舶主要性能之一——操縱性的研究和試驗(yàn)，主要從事船舶、潛水器等的操縱性理論及試驗(yàn)測(cè)試，廣泛開展針對(duì)各型水中運(yùn)動(dòng)體的操縱性性能預(yù)報(bào)。在圓形水池中心有一小島，島上裝有一套旋臂裝置，臂的另一端支撐在圓水池壁的軌道上。船�？梢怨潭ㄔ谛�臂的任一位置處浮于水面或沉入水下，當(dāng)旋臂繞小島中心軸旋轉(zhuǎn)是，帶動(dòng)船模在水池中做各種半徑的圓形運(yùn)動(dòng)。船模處于完全拘束狀態(tài)隨旋臂運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于在勻速直線運(yùn)動(dòng)上再疊加一個(gè)勻角轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)可以通過多分量測(cè)力儀對(duì)船模水動(dòng)力和力矩進(jìn)行測(cè)量，再經(jīng)過分析計(jì)算求得操縱運(yùn)動(dòng)方程式中的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，主要是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)和角速度耦合導(dǎo)數(shù)。

　　3國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)

　　3.1美國(guó)海軍泰勒水池(NSRDC)

　　大衛(wèi)泰勒模型水池位于馬里蘭州西貝斯塞斯達(dá)，是海軍水面武器中心卡德洛克分部。大衛(wèi)泰勒模型水池的目的就是通過研究模型為船舶性能提供精確可靠的預(yù)計(jì)。自從投入運(yùn)營(yíng)以來，該設(shè)施為海軍、海岸警衛(wèi)隊(duì)、航海管理局和海上作業(yè)在造船方面的發(fā)展提供了關(guān)鍵支持。

　　3.2俄羅斯克雷洛夫水池

　　克雷洛夫院士命名的造船研究所是俄羅斯最大的造船科學(xué)中心，從事對(duì)艦、船、海洋技術(shù)設(shè)備及其它飄浮體設(shè)計(jì)等廣泛領(lǐng)域的研究工作，進(jìn)行項(xiàng)目鑒定，以及對(duì)所建造物體各部位合理性的論證等。研究院擁有完善的試驗(yàn)設(shè)施，可完成各種艦船的試驗(yàn)和船模試驗(yàn)。主要試驗(yàn)設(shè)施包括深水和淺水拖曳水池、高速拖曳水池、耐波性試驗(yàn)水池、船模操縱性與空泡試驗(yàn)水池、破冰試驗(yàn)池、風(fēng)洞與空化水筒、聲學(xué)測(cè)量水池、拉伸試驗(yàn)機(jī)、疲勞振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)及水力和動(dòng)力裝置試驗(yàn)設(shè)施。高素質(zhì)的專家隊(duì)伍也保證了研究院研究的高質(zhì)量。

　　3.3日本國(guó)家海事研究所(NMRI)

　　日本國(guó)家海事研究所(NMRI)又稱日本運(yùn)輸省船舶技術(shù)研究所，成立于1963年4月。運(yùn)輸省主要負(fù)責(zé)制定日本造船技術(shù)發(fā)展的基本方針和重要政策，船舶技術(shù)研究所主要從事船舶推進(jìn)性能、運(yùn)動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，船用發(fā)動(dòng)機(jī)，船用材料，船舶舾裝，核動(dòng)力技術(shù)，冰海技術(shù)和海洋開發(fā)等研究、設(shè)計(jì)和調(diào)查。

　　3.4德國(guó)漢堡水池(HSVA)

　　超過九十年間，漢堡船模水池HSVA一直處于水動(dòng)力學(xué)研究前沿，HSVA影響和引導(dǎo)了解決復(fù)雜問題的測(cè)試技術(shù)、方法、標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)學(xué)程序。HSVA建立于1913年，作為世界上最大的同類試驗(yàn)設(shè)施，1915年著手開始德國(guó)海軍水下潛艇測(cè)試。1929年320米長(zhǎng)、最高速度20m/s拖車被建立用于兩棲飛機(jī)模型試驗(yàn)。戰(zhàn)后HSVA被拆除和部分毀壞，1952年，HSVA重建在遠(yuǎn)離舊址幾百公里的位置，1953年，測(cè)試重新開始，試驗(yàn)設(shè)施被擴(kuò)大和改進(jìn)。

　　3.5荷蘭國(guó)家水池(MARIN)

　　荷蘭海事研究學(xué)會(huì)也就是荷蘭國(guó)家水池建立于1929年，1932年開始使用，為了滿足與日益增長(zhǎng)的工業(yè)研究要求，包括快速性、耐波性、操縱性、淺水效應(yīng)、振動(dòng)、噪聲等，一系列專業(yè)試驗(yàn)設(shè)施被成功建造(深水拖曳水池1951、淺水拖曳池1958、高速水池1965、減壓拖曳水池1972、空泡水筒1979，離岸工程水池1960，耐波性和操縱性水池1999，減壓拖曳水池2001)。

　　3.6中國(guó)船舶科學(xué)研究中心(CSSRC)

　　中國(guó)船�？茖W(xué)研究中心是我國(guó)船舶及其他海事裝備總體核心技術(shù)研究所。主要從事基礎(chǔ)應(yīng)用研究和應(yīng)用技術(shù)研究，承擔(dān)大中型軍民船舶、海洋工程、水下物體和水中兵器的水動(dòng)力學(xué)的檢測(cè)、預(yù)報(bào)、優(yōu)化和評(píng)估分析方法，以及高新能船舶、潛器和其他海事裝備的總體性能研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)。是國(guó)際船舶拖曳水池會(huì)議(ITTC)和國(guó)際船舶結(jié)構(gòu)會(huì)議(ISSC)的成員單位。

　　4小結(jié)

　　試驗(yàn)水池工程規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)、耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力。國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)的水池大都在五六十年代就已經(jīng)建成。隨著技術(shù)的更新?lián)Q代，原有水池的一些技術(shù)指標(biāo)逐漸不能滿足新的試驗(yàn)需求，水池通常會(huì)通過更換新型拖車、安裝造波設(shè)備、增加一些保證測(cè)試精度的儀器設(shè)備(如四自由度適航儀、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng))等手段，改造后的水池不但在拖車速度范圍上有所增大，在測(cè)試手段與測(cè)試精度方面也有了很大的改進(jìn)與提高。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]施奇，楊大明，尹赟凱.船模拖曳水池靜水阻力對(duì)比研究[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,25(4):312-315

　　[2]楊松林，孫小峰，楊大明.確定拖曳水池長(zhǎng)度的方法[J].船舶工程，2001,(6):61-64

　　[3]李廣年，謝永和，郭欣.拖曳水池方案設(shè)計(jì)[J].中國(guó)造船，2011,52(3):110-114

　　[4]郝亞平.船舶性能試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社.1991

　　[5]楊溢.XY航車系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性能分析[D].哈爾濱工程大學(xué)，2009,2

　　作者：趙佳楠

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/23531.html