双体船模型1.doc

双体船模型结题报告陈超，吕稀，杜传宇，赵一帆，罗威达（哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，哈尔滨，150001）摘 要：针对现在大学生实际动手和团队配合能力的欠缺，并结合我校以船海为主的办学理念，我小组成员决定自行设计并组装一双体船模型，通过双体船的制作过程来了解双体船的工作原理以及性能优缺点，发现并解决实际操作中出现的问题，通过此过程加强对知识的掌握与应用，培养实际动手和创新能力。关键词：双体船，稳定性，结构特点，阻力，发展前景61 研究的背景 目前国家对大学生科技创新和实践动手能力的培养越来越重视，各高校都在探索开展大学生创新教育的有效途径，研究大学生科技创新活动的管理方法。通过各种有效途径保证和促进大学生科技创新活动的开展。 近年来，越来越多的双体船占据了民用和军用船舶市场。它们新颖的外观、独特的综合性能受到世界各国的瞩目。据外电报道，美国海军新近欲按计划接收一艘高速双体船：“海上斗士”号，此消息再一次引起了人们对双体船的关注。那么，什么是双体船？它又有何优异特性呢？顾名思义，我们一般把由两个单船体横向固联在一起而构成的船称为双体船。人类最早使用双体船是由于发现将两艘船横向连接在一起，可以从内河到海上航行而不容易翻船，早期曾将这种方法用在帆船上，建造了双体帆船，这种帆船在海上可以承受较大的风浪。在此基础上，人们又发现双体船与同样吨位的单体船相比，具有更大的甲板面积和舱容，因此而被用于货船。20世纪60年代后，随着海上高速客运的迅速发展，高速双体船由于有宽大的甲板面积、空间和便于豪华装饰而被普遍看好，成为近几十年来高性能船中发展最快、应用最广、建造数量最多的一种。 典型的高速双体船由两个瘦长的单体船（称为片体）组成，上部用甲板桥连接，体内设置动力装置、电站等设备，甲板桥上部安置上层建筑，内设客舱、生活设施等。高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。2 操作过程双体船基本原理：双体船的阻力通常被认为要比一般的单体船高，在低速区域，当摩擦力其主要作用的时候，双体船的浸水面积较大，必然会导致阻力的增加；但当兴波阻力逐渐其主要作用的时候，因为组成双体船的各各单体的本身宽度较狭窄，同时两个船体之间又有可能产生有利的干扰，因此，完全有可能抵去摩擦阻力方面的增加，从而使总阻力比单体船低。一、在制作过程前半期，介于平时实践操作的缺乏，本组成员通过协商采取了从易入难的方式保证双体船模型的顺利制作。我们先对各人工作进行明确分工，一人负责购买基本材料，一人负责查找相关资料书籍，两人负责船体外壳拼装，一人负责进行内部传动机构的安装设计，主要目的是设计并拼装好一外型新颖，富有创新精神且很好地符合力学原理的可拆装船体。二、在制作过程中期在于达到内部动力装置与外部整体结构的有机结合。本组成员商讨设计，在船体中合理地安装控制模块，电动机，传动轴等装置。三、在后期制作过程中，先简单组装固定，测试重心位置，船的吃水深度等，位置合理后再进行最终固定。第三过程进行控制系统的测试，保证两个船体动力系统的输出比例，两个螺旋桨的转速，使船体能够前进和转向。 3 问题产生原因分析通过仔细的实践操作和认真理论分析，我们发现以下问题：一、制作过程中的问题：1.船体稳固性不强，因为双体船两船体难以保证重量的均衡；模型船体在水中航行时由于两个船体在制作过程中的不一致导致每个船体所受到的水的阻力不同；两个船体之间的结构连接杆没有固定好。2.动力装置易渗水，造成短路烧坏动力系统，分析：发动机与螺旋桨之间的传动杆在穿过船体的地方漏水，导致发动机烧坏。3.两船体的间的组合有困难，并且两个船体组合后导致重心偏移，不易寻找固定位置，当进行钻孔等固定过程时易破坏船体；二、实验过程重的问题：1、以普通船型组成的双体船是否会产生负的干扰阻力；如果可能的话，进而讨论双体船的间距和航速等因素对干扰阻力的关系。2、双体船与等排水量的单体船比较，在何种速度下可以得到较低的阻力。3、用兴波阻力理论计算的双体船阻力和实验结果的符合程度。4.船重和船吃水深度关系不好把握，由于模型太小，所能承载的物体有限；4 解决办法一、制作过程问题解决：1.针对两船体重量不均衡的问题，和船整体转向的需要，在两船体连接部各安装一电动机，各接一传动装置和螺旋桨；同时加强两个船体之间连接杆的强度，使两个船体更好的成为一个整体。2.所有电路连接部，以及电源，电动机都安装在连接处的吃水线以上部分，由传动装置把动力传给螺旋桨，在船体与传动杆交接点处涂抹润滑油，防止水渗入。3、减少螺丝固定，用胶粘方式固定。4、采用轻质材料，尽量减少材料的重量。结构图1 结构图2 开关电路图实物图1 实物图2遥控电路实物二、实验介绍和结果及分析：实验对双体船实际船型进行了较广泛的计算和实验，通过理论计算论证了在某些间距范围内有产生有利干扰的可能性，最模型进行了几种艰巨的阻力实验，着重研究间距的改变对阻力的影响，找出了有利干扰的最佳间距，并和理论计算比较，说明薄船理论在定性方面具有一定的符合性，通过分析比较，指出双体船虽然其浸水面积较大，但在超过某个间距后阻力仍可较单体船低。双体船的兴波阻力是自身兴波阻力的两倍，这时的兴波阻力最大。（参考书籍1）当间距变为无穷大时，两个单体之间互相的干扰阻力为0，也就是说双体船的兴波阻力等于自身的兴波阻力。（参考书籍1）实验数据（附表1）数据分析结论：1、在适当的间距时，可以产生负的干扰阻力，此时的兴波阻力小于间距为无穷大时的兴波阻力。2、当干扰阻力都是正的时候，此时的兴波阻力大于间距为无穷大时的兴波阻力。3、在发生有利干扰的区域内，最佳间距随着航速的增大而逐渐减小。4、在间距长度比超过某一值的时候，无论在何种航速时，兴波阻力接近于间距为无穷大时的兴波阻力。5、双体船的干扰阻力是船型形状，间距长度比，以及间=间距宽度比等其他因素的函数，他们是互相影响的，只有这些因素取得协调的时候，才能得到较低的阻力，所以双体船的线形设计与单体船有所不同5 还有待研究的问题1.在船运动时船吃水深度关系不好把握；由于天气与场地的原因，无法大量地进行水中实验。2、船体太小，受外界环境因素影响较大。3， 如何设计双体船各个单体之间的形状从而使船体的速度和稳定性都达到最优。 双体船的前景展望：同吨位的单体船相比，双体船的总宽度较大，因而往往有更大的甲板面积和舱室容积，尤其适合于装载那些体积很大而重量不大的低密度货物，可以具有较高的运输效率。目前，双体船为满足使用要求大都在逐步向大型化发展，并为改善快速性和耐波性尝试向复合船型发展。其中，小水线面船型将从双体演化成单体或三体、四体、五体等多体。为提高双体船在高海况下的航行能力，各国的研究方向大都集中在开发超细长体双体船的系统技术、优化线形设计和采用大功率喷水推进系统等方面。参考书籍：1、双体船阻力的模型实验和理论计算蒋慰昌 1964年07月 （哈尔滨工程大学图书馆数据库藏）2、船舶阻力作者: 伊绍琳 出版日期: 1985年12月第1版 （哈尔滨工程大学图书馆数据库藏）3、中国造船工程学会船舶力学学术委员会 中国海洋工程学会 水池造波技术交流文集1987年第