第六章船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进

第六章船模自航试验及实船性能预估为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。§6-1自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。因此，上式中，下标带m者表示模型数值，带s者表示实船数值（以下相同）。在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，VVAs~—AmnDnD在进行船模的自航试验时，两者都要求满足：根据几何相似，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假定伴流无尺度作用，则3—3，因此，可得：n=n、;X (6-2)(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：3S"m(6-3)Q—Qm亍X(6-3)PLPDm牛XX3m(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。因此推力与阻力之间必然有：(6-4)对于实船 TG-1(6-4)对于船模 TG-1)=R如果将(6-3)、(6-4)两式联系起来分析，发现两者是不一致的。从推进的角度出发，当满足傅氏数和进速系数相同的条件时，模型与实桨的推力之间确实存在缩尺比三次方的关系。假定推力减额无尺度作用，即t=t，则从(6-4)式看来，实船与船模的阻力之间也应与缩尺比三次方有关才能使两者一致』但是，在《船舶阻力》课程中我们已知，当船模与实船在傅氏数相同时，两者的总阻力并不存在缩尺比三次方的关系，即R丰R"rX3m为了克服这个矛盾，需要在船模自航试验中作适当处理后才能进行实船的换算。二、摩擦阻力的修正-实船自航点的确定在船模自航试验中，当满足傅氏数尸，及进速系数1相同的条件时，则模型与实船之间的各种力基本上是缩尺比的三次方关系，唯阻力之间不存在这种关系。在阻力中，剩余阻力部分实际上也是满足这种关系的，因为在尸,相同时实船和船模的剩余阻力系数相等，故两者总阻力之间不存在缩尺比三次方关系主要是摩擦阻力部分造成的。为了使试验中各种力都存在缩尺比三次方的关系，需对阻力进行修正(实际上是对摩擦阻力修正)，人为地将其硬凑成三次方关系。

实船在相当速度V=^1V时的阻力为R,则摩擦阻力设船模在速度匕时的阻力为R,实船在相当速度V=^1V时的阻力为R,则摩擦阻力s或 R=Px3(R-F) (6-5)m这样，在船模自航试验中，当船模速度为V时，我们设法预先对船模加一个拖曳力F，则螺旋桨模型发出的推力T仅需克服阻力(R-F)，此点称为实船自航点即相当于实际螺旋桨发出推力T克服实船的总阻力R。经过这样处理以后，船模自航试验系统中各种力便都存在1的关系。’ S假定tm=t，，则(6-5)式可写作：耳=R-F-jX3E Pm或 T=Tp,-X3m从上面的分析可知，进行摩擦修正(或称为决定实船自航点)的目的，是使模型桨的载荷与实船螺旋桨相当，只有在这种情况下，才能根据船模自航试验的结果预估实船推进性能。§6-2自航试验方法及数据表达一、自航试验概述船模自航试验，一般是在阻力试验和敞水试验之后进行的，据此可以分析推进效率的各种成分。图6-1试验布置的示说明试验中测据。图6-1种成分。图6-1试验布置的示说明试验中测据。图6-1意图，借以量有关数船模在速度V时的阻力R已自阻力试验中求得，在自航试验中，螺旋桨模型的转速n、推力T及转矩Q由动力仪2测得，强制力z由阻力仪1测得，船模速度V即为拖车的前进速度。由于试验时要求保持等速直线前进，故力的平衡必然是： mTG-1)+z=R (6-6)

自航试验的方法有所谓大陆法（即纯粹自航法）和英国法（即强制自航法）两种。纯粹自航法根据船模速度V时的尸值，事先在船模上予以扣除（即图6-1中时Z应等于F），然后调节螺旋桨的转速，使其发出的推力恰能克服阻力（R-F〉保持船模速度与拖车速DV相等。由于F在试验中不能改变，因此调节比较困难。在我国各水池中，基本上都采用强制）自航法。强制自航法是船模在螺旋桨推力T和强制力z的共同作用下，其前进速度和拖车速度Vm保持相等。对某一选定的船模试验速度V，一般需要外加五个强制力，即z、z、z、z、z。m 1 2 3 4 5对不同的强制力，为维持船模速度V而要求螺旋桨模型发出的推力T，转速n及转矩Qb是不同的。因此对于一个速度一般需要试五次，各次尽可能保持同一速度V。测量记录数据有V、z、T、Q及n五项。五个强制力的范围大致是：z=0，相应于船模的自航点，即螺旋桨模型发出的推力克服船模的阻力；z=F，相应于实船的自航点。z=0.5F，z、z一般大于F，3D 2 D4 5 D总之使试验点子能合理布置。V3，V4V3，V4，其中V3约相当于实船试航速度，匕则高于实船试航速度，以保证预估之实船性能在试验范围之内。在对某一速度V进行试验时，由于很难保证相应于五个强制力的各次试验速度都相同，在有小量偏离的情况下，可以用下列办法进行修正。如某次试验量得之船模速度为咋，其相应的数值为T，，Q，n'，z'，现在要化至标准的速度二，及其对应的数值T，Qb如某次试验量得之船模速度为咋，其相应的数值为T，，Q，n'，z'，现在要化至标准的速度二，及其对应的数值T，Qb，n，z，V'n'~m=—

Vn其间之关（6-7）T'QLB(6-8)自航试验的测量结果通常应绘制成如图6-2所示之船模自航试验曲线。据此可以进行各种推进效率成分的分析及实船性能预估。TzQbn图6-2二、试验结果的数据处理根据船模阻力曲线、螺旋桨模型敞水性征曲线及船模自航试验曲线，大体按下列步骤进行推进效率成分的分析处理，以便求得船体与螺旋桨相互影响的诸因素及推算出实船在相当速度时的推进性能。相当于实船自航点的推进效率分析

试验的船模速度VmVmlVm2Vm3Vm4相应的船速V=久0.5•VVVVVs msls2s3s4船模阻力RRRRRmmlm2m3m4摩擦阻力修正值FFFFF据FDD在自航曲线上查出：DD1D2D3D4D螺旋桨转速nnin2n3n4推力TTiT2T3T4转矩依靠桨模推力克服之阻力为:QBQB1Q^B2Q^B3QB4R=R-FRRRRmD推进效率：1234侦RVm/2叫nn‘D1n‘D2n‘D3n‘D42・推进效率成分的分析船后螺旋桨推力系数气=T/pn2D4KT1KT2KT3KT4船后桨的转矩系数 、=QB/Pn2如据等推力法查敞水性征曲线，得：KQB1KQB2KQB3KQB4进速系数JJ1KQ01J2J3J4敞水转矩系数KQ0KQ02KQ03KQ04敞水效率n0mn‘0m1nz0m2n‘0m3n‘0m4相对旋转效率nRm=KQ0/KQBn‘Rm1n‘Rm2n‘Rm3n‘Rm4推力减额系数,=T-R/Ttm1tm2tm3tm4伴流分数Q。=1-JnD/VmQm1Qm2Qm3Qm4船身效率nHm=(1-tm)/(1-Qm)n‘Hm1n‘Hm2n‘Hm3n‘Hm4推进效率七=如知篇n'd1n%2n%3n%4上述表中分析所得的各种效率成分都是对应于船模的数值。此外，两种表中分析所得之推进效率在数值上应基本一致，其误差应不超过0.001。§6-3实船推进性能预估所谓实船性能预估，是指根据船模自航试验结果给出实船航速、螺旋桨转速及收到马力之间的关系。在20世纪50年代前，常用模型自航试验数据按相似定律和缩尺比直接算出实船的有关数据，由于忽略了所有的尺度作用，不可能得到正确的预报结果。自50年代末开始，各国水

池十分重视实船性能的预估问题，同时实船试航的资料积累也日渐增多，有可能对尺度作用进行经验统计的修正。例如英国船池会议BTTP于1965年采用的（1+0、X2作为标准方法，1966年ITTC也曾给以推荐，（1+x）、K2统称为实船船模相关因子，前者主要是对阻力估算的相关因子，后者是照顾伴流尺度作用的相目关因子。由于该方法在分析中物理意义不清晰，后被废弃不用。本节主要介绍实船性能预估的△C、△①方法及1978ITTC的标准方法。—、△C、△m法在20世纪60.70年代，日本以及北欧的一些国家喜欢采用这种方法预估实船性能.△C、△m也称为相关因子，是根据经验统计资料而得出的修正数据。这种方法认为：在船模实船的换算中，造成预估不正确的主要问题在于阻力和伴流二项，由于粘性不相似及摩擦阻力计算的外插等问题，致使阻力换算结果与实际有差别，因此需要用相关因子△C予以补救。伴流受粘性的影响较大，船模试验得到的伴流数值偏高，应由相关因子^m予以T修正。至于相对旋转效率n，推力减额分数t则认为尺度作用影响较小，可直接采用船模试验数据。螺旋桨的敞水性征曲线有修正与不修正两种意见。这类预估方法的大体步骤是：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实船航速 V=久0.5•匕从船模换算所得实船阻力系数 :CT]m实船的实际总阻力系数 Tsm[CTs]A=[CTs]m+ACt实船总阻力TsATsmTRTs=0.5也睥斗CTs]A要求螺旋桨发出的推力’%/（1-t）船模伴流分数 刀S" "m实船伴流分数 CO=①+A刀螺旋桨进速 vA=（1-气）vsK/J2=T/pV2D2T ssAs表中K/J2对于一定的船速是一常数，表示从阻力角度对螺旋桨的要求。在螺旋桨的敞水性征图上可事先另设一个纵坐标K/J2，并绘制该桨的JK/J2曲线，从该曲线上可以读出表中K/J2=常数的点子，该点表示了实船螺旋桨的工作点，T由此可以读出n0、J、K等，并可按下表计算转速及马力。 0 'n‘01n‘02n‘03n‘04jJJJ1234KKKKQ1Q2Q3Q4n‘Ds1n‘Ds2n‘Ds3n‘Ds4N N_N N N_N N.0实桨的进速系数 J实桨的敞水转矩系数 KQ实船推进效率 nDs=n0nRm（1-tm）/（1-气）实桨转速 N=V../JD,

实船有效马力PEs=RTsVs/75pEs1pEs2pEs3pEs4实桨收到马力PDs="农pDs1pDs2pDs3pDs4据上述表中的计算结果，同样可以绘制如图6-3所示之N「V、及Pd-V曲线。二、1978ITTC 图6-3 单桨船实船性能预估的标准方法近二十年来关于实船性能预估问题的研究十分活跃，在历届ITTC会议上都有相当的资料公布和有关这方面的讨论。十五届ITTC性能委员会企图总结出一个标准方法，经过三年的准备，在1978年十五届ITTC会议上提出了一个《1978ITTC单桨船实船性能的预估方法》，并被大会通过作为暂行标准方法，要求各成员组织按此进行实船性能预估。原先十五届ITTC性能委员会准备给出统一的标准，但实际上无法做到，因而采取折衷的办法，将暂行标准分为两部分。第一部分是1978ITTC标准预估，一切照其规定办法进行计算，第二部分是结合各水池自己积累的资料给予经验性修正，并据以得出实船航速、螺旋桨转速及收到马力之间的关系。这个方法基本上与△C、△⑦法相类同，唯对许多因素规定得更加明确具体而已。现简述如下： T第一部分：1978ITTC标准预估阻力采用三因次的(1+K)方法进行换算，故船模的总阻力系数应写作：C=G+K)C+C (6-9)式中，Cf为按1957ITTC公式计算之摩擦阻力系数，Cr为剩余阻力系数，(1+K)为形状因子，可根据席氏数Fr=0.1〜0.2范围内的试验结果按下式决定：Frm< /Fm-Tm=G+KFrm< /Fm-Tm=G+K)+AFm其中，(1+K)、A、m等数值由最小二乘方确定。故船模的剩余阻力系数为C=C-(1+K)C。

在相当速度时，实船的剩余阻力系数c=c。 RmTmFm因此，无觥龙骨时实船的总阻力系数为；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由船模试验求得，Cf为按1957ITTC公式计算之摩擦阻力系数，△C为粗糙度附加，由下式决定， ' F(6-12)fK)1/3△C=105s—0.64FL\WL/ _x10-3TOC\o"1-5"\h\z其中，K为船体表面粗糙度，通常可取为K=150X10-6米，L为水线长度，CAA为空气阻力系数，可按下式求得： S WL 丛4 ，一、C=0.00官 (6-13)其中，4为水线以上船体及上层建筑在横中剖面上的投影面积，S为湿面积。在装有觥龙骨时，实船的总阻力系数为：C=S+SBK[(L+K)C+△C]+C+C (6-14)Ts S Fs FRsAA其中，S为觥龙骨面积。螺旋桨敞水性征曲线螺旋桨模型敞水试验的临界雷诺数不低于3.0X105,试验结果以无因次系数K、K及J来表示，并给出敞水性征曲线。 TQ实船螺旋桨的性能应根据模型敞水试验结果进行尺度修正后求得，修正办法详见本书第4章第2节中1978ITTC推荐的方法。船模自航试验结果采用等推力法求出相当于实船自航点处的模型推进效率成份，即力，t及n，其分析方法详见本章第2节。m®实船伴流分数①按下式计算：^=(t+0.04)+\rn-(t+0.04》"+』；1C△" (6-15)Fm假定推力减额分数与相对旋转效率无尺度作用，即ts=tm；疽〃Rm实船性能的标准预估步骤与△C、△刃法相同，这里不再重复。第二部分：根据各水池本身所积累的经验修正，给出实船航速、转速及马力之间的关系。15届国际船模试验池会议性能委员会在分析不同单位提供的实际资料时发现，无论采用何种公式所得的△C与△力数据总是相当离散，难以得出一致的规律。造成这种离散的原因一.. 一T、.、，、,一、、.一. 八一.，.一 是由于各水池的模型试验及实船试航程序不同所致。因此，需要引进一个所谓结合本单位的修正项，以便提供比较切合实际的实船性能预报。1981年16届国际船模试验池会议建议：采用功率因子Cp及转速因子Cn进行修正，Cp及Cn的数值由各水池根据自己积累的经验统计资料决定。因此，经CP，CN修正后给出的实船试航性能预估数值为：转速PN N=C-N收到马力 P：=C：.p]式中，N及PDs为ITTC标准预估中得出之转速及螺旋桨收到马力。按上述方法所得到的结果，同样可以绘制如图6-3所示之曲线。三、实船船模相关因子的选取如前所述，根据船模自航试验结果预估实船性能时，相关因子的合理选取对预估的正确性极为重要。在进行实船性能的预估方法中，目前应采用1978ITTC标准预估方法，但不少水池仍按传统习惯沿用△C，△3法，至于BTTP提出的（1+0、K2法已基本废弃不用。在我国制订的“单桨船模自航试验及数据的标准表达方法”标准文件中，规定采用1978ITTC标准预估方法，也可以使用△C，△3法。因此，这里简要介绍两种预估方法中相关因子的选取问题。 T1.1978ITTC预估方法在1978ITTC的预估方法中，16届国际船模试验池会议规定采用功率因子C及转速因子PC进行修正。因此，CP，C即为实船-船模的相关因子。根据上海交大水池对7条单桨船的实船及船模相关分析的结果，NCP，CN值如图6-4所示。平均说来，C=0.9725,C=【0234,16届国际船模试验池会议性能委员会认为上述数据是在合理范围之内。 N0.5 1.0 1.5(b)图6-42・△ct，△3法

在△c,△力预估方法中，实船阻力按传统的傅汝德二因次方法由船模阻力试验结果换T 一一算而得，其中摩擦阻力系数米用1957ITTC公式进行计算。根据上海父大水池对有关实船及船模相关分析的结果，相关因子△C如图6-5所示。图中同时给出了日本三菱试验池的分析结果。 T0.40.2q0-0.20.40.2q0-0.2-0.4-0.6-0.80.5 1.0 1.5 2.0Rex10~9图6-5在上节中所给出的Pd；在上节中所给出的Pd；V及n-V的关系曲线，表示所试验的船体配上螺旋桨推船前进时s图6-6由图中可见，相关因子△C比较离散，其平均数值可按图中的虚线选取，或按下列经验公式计算： T△C=—1.6154X10-10Re+0.1831 (6-16)T至于相关因子△力，其实质是实船伴流分数刃与船模伴流分数刃之差，即^切=切—切。因此，问题可归结为既知吃如何估算⑦，根据我们的经验，可按本书第5章第4节中5(5-56)式或(5-57)式进行计算。严格说来，实船船模的相关因子应按各水池自己积累的经验选取，但在资料缺乏的情况下，上述数据可供实船性能预估时参考使用。四、实船试航速度预报、螺旋桨与主机的配合情况对于产品任务说来，自航试验的目的是希望预先了解实船能达到的试航速度，螺旋桨与主机的配合情况。V、P、n之间的关系。亦即螺旋桨以转速n旋转sDss s时，如果能收到功率p的话，则这个螺旋桨就可推Ds船以速度V前进。因此，如图6-3所示之曲线仅仅s表示螺旋桨与船体的关系，还没有涉及到与主机的关系。当给定主机的功率和转速时，我们即可预报实船试航速度和判断螺旋桨与主机配合情况。设螺旋桨设计工况所对应的主机的转速为N，功率为P、轴系传送效率为〃、，则主机在转速N时能够供给螺旋桨的马力为P'。将此数值画在自航试验所得之实DS

船PD-V,n曲线如图6-6所示。DP'直线与PD曲线的交点表示主机供给螺旋桨的马力恰为螺旋桨所需要吸收的马力，此点为¥机与螺旋桨在功率上平衡一致。从该交点可读得螺旋桨的转速为n，船速为v‘。现在需要考察螺旋桨转速n与主机转速n之间的关系，这可能有下列三种情况: ssp'=Ps，N=n'表时螺莅桨与主机不仅在功率上平衡一致，两者在转速上也一致。因此，主机与螺旋桨配合良好，符合设计要求。预计的实船试航速度可达V，。P'=P^，N<n' S由于^在荷样马力时螺旋桨的转速较主机为高，由此可以断定相对于设计工况来说螺旋桨的负荷过轻，即当该桨在转速N运转时，其吸收的马力将小于设计工况主机提供的马力。P'=P，N>n'此时）：才声对于设计工况来说，螺旋桨负荷过重。即当该桨在转速N运转时，其吸收的马力将超过设计工况主机提供的马力，如果以额定转速和额定马力作为设计工况的话，则该桨必须降低转速运转。船体、螺旋桨、主机三者配合一致是船舶设计者必需力争做到的。从自航试验的结果来看，第一种情况符合这个要求，因此可以预计所设计的船体、螺旋桨与主机是配合一致的，同时可以预报在主机功率P，转速N时实船可达到的试航速度为V'情况②、③都出现船体，螺旋桨与主机不配合，表明'原设计存在问题，需要加以改进而使三者配合一致。一般说来，由于船体、主机已定，修改螺旋桨比较方便省事，在自航试验预估中如出现情况②或情况③，船模试验研究机构应负责提供修改方案，即推荐一个能与船体，主机相匹配的螺旋桨，以纠正原设计的错误。在机翼理论和螺旋桨理论基本知识中我们已知，改变螺旋桨的负荷可以有两种办法：①保持原来叶切面的形状而改变螺距；②保持原来的螺距而改变叶切面的形状（即改变叶切面的拱度）。因此，如果在自航试验预估中发现螺旋桨负荷过轻，则可以用增加螺距或增加叶切面拱度的办法使之改进。在螺旋桨负荷过重的情况下则可以借减少螺距或减小叶切面拱度的办法使之改进。实用上以修改螺距较为简单，对于原先用图谱设计的螺旋桨尤其方便，这是因为使用图谱系列资料很快可以得出修改后螺旋桨的数据，同时原先设计的螺旋桨一般都已进行空泡校核及强度计算，现只修改一下螺距估计对这方面的影响不大。下面简要介绍根据螺旋桨敞水系列试验曲线对螺旋桨进行修改的大体步骤：已知原设计桨（如图6-6中的交点）在吸收功率PD、、转速n'时船速为V'，且该桨之直径为Q，螺距比为PZD。据P、n及D等可算出该螺旋桨的K，s再根据自航试验所得的n可得Dss QB R该桨的敞水转矩系数Kq0。主机在转速N时能供给螺旋桨的马力为P。若螺旋桨的直径不变，则可以得出主机能供给该桨的K'和相应的敞水K'或者根据P=P（功率一致），也可得出两者之关系。QB Q0 DSDs2nNK'pN2D5=2nn'Kpn'2D5QBN3K'=n'3KQBS同时，可有：QBSQB

同时，可有：KQ0K，KQ0Q0修改后螺旋桨的敞水K，满足上式的要求，则可与主机的功率及转速配合一致。然后，假定若干个船速服并算得对应的进速系数J，根据上面计算的K'及J在敞水曲线图谱中查得若干组P7D和K，，并得到对应的T'（V），最后可由Tf（V）=R（V）确定修改后螺旋…一一 T e e桨的螺距比P'7D和船速V。如果不按上述办法修改，则也可以根据船模试验所得出的有关数据，如Rt、t，⑦，nR等，重新进行螺旋桨设计。 TsmsRm在许多情况下，船模自航试验使用的是备用螺旋桨模型而不是设计桨的模型。所谓备用螺旋桨模型是指船模试验池已有的库存螺旋桨模型。各国船模试验池普遍采用备用螺旋桨进行自航试验的原因是：①对于船型系列试验研究项目，无明确对应的实船，则选用大体合适的备用桨进行自航试验以便提供船型系列有关的各推进效率成分资料。②对于新设计船舶的产品试验研究来说，由于设计者要求尽快提供新船的推进性能，作为方案设计审查的依据。按设计螺旋桨新造一个模型相当费工费时，为了节省时间，只好选用船池中已有的桨模。③备用桨所得的试验结果用之于实际尚能满足工程上的要求而没有显著的误差。选用备用桨进行自航试验虽然可以免除设计桨模型的加工制造，但我们需要的是设计桨与船体、主机匹配是否良好，以及用设计桨后船舶能达到的航速等等。因此，用备用桨进行试验所得的数据必须加以换算并给出相应于设计桨的结果。现就有关问题说明如下：备用桨的选择原则：备用桨的螺距比、叶数及盘面比应尽可能与设计桨相近，即使有些差别，问题不大。但是，备用桨的直径必须与设计桨相同，这是因为直径不同会影响到⑦，t，nR等因素，故备用桨的直径务必与设计桨一致。关于这一要求是极易做到的。假定设计桨的实I桨直径为d，船s池中现有比较合适的备用桨的直径为Dm，则可以根据―=久作为实船和船模的缩尺比，这样m便保证了备用桨模型直径与设计桨模型的直径相同。按备用桨进行自航试验后的船模推进效率成分分析方法与本章第2节（二）相同。所用的分析资料是船模阻力曲线，备用桨的敞水性征曲线及自航试验曲线。由此所得到的对应于实船自航点的各种效率成份如n，n，t，mn以及转速n等都是备用桨的数值。0R D m根据船模试验数据的统计分析，当螺旋桨直径相同时，由于其他因素变化对nR，t，m的影响较小，因此可以认为：用备用桨自航分析所得的nR，t，m等数值完全适用于设计桨。在用△C、△⑦法或1978ITTC方法进行实船性能预估时，只要根据备用桨得出之模型nR，t，m等数值及设计桨的敞水性征曲线，参照本章第3节中所介绍的办法进行分析，便可得出相应于设计桨的实船性能预估曲线，即P，N-V曲线。由此可见，对于新设计船舶以备用桨进行自航试验的前提是：必须已知设计桨的敞水性征曲线，否则将无法预估实船的性能。五、实船船模的相关分析从前面的许多讨论中我们可以清楚地看到，由于船模试验不是（也不可能是）在全相似的条件下进行，因此根据船模试验结果进行实船性能预估时，不得不利用经验统计数据，以期

提高预估的正确性，这些经验统计数据可统称为实船船模的相关数据。这些数据是从船模试验与相应的实船试航资料分析比较而得来的。这种分析比较可统称为实船船模的相关分析。为了提高实船性能预估的正确性，需要积累大量的实船试航资料。为了寻求合理的船模换算方法，也需要积累大量的实船试航资料。因此，重视实船试航以取得可靠的数据，认真进行船模实船相关分析，是十分重要的。在进行实船船模相关分析时，所需要的资料是：实船试航数据，即N，P-V曲线（图6-7）。相应的船模试验给出的实船性能预估，即N，P-N曲线（图6-8）。相关分析可按如下步骤进行。相关分析可按如下步骤进行。功率因子CP及转速因子CN的相关分析螺旋桨的这种相关分析比较简便。对于某一船速V，从实船试航数据得出的马力为P螺旋桨的DT转速为％，但根据船模自航试验用1978ITTC标准方法预估实船在V时的马力为P*转速C-PCC-PC—pTDsC广Ns(6-17(6-17)(6-18(6-18)AC•△力因子的相关分析对于某一船速V从实船试航数据得出马力P，螺旋桨的转速N，则可利用相应的船模自航数据及螺旋桨敞水性征曲线进行相关分析。DT T根据实船螺旋桨的收到马力pdt按下式算出船后转矩qtb：Q=^5^TB2兀NT利用船模自航试验所得的相对旋转效率nRm按下式求得实桨敞水转矩Qt0:QT0=“Rm■QTB根据实桨的直径Ds，转速Nt及水的密度p按下式求得实桨敞水转矩系数气。：KQ0=pNDTs根据上述Kq0在螺旋桨敞水性征曲线上查得实桨的工作点J及推力系数％，由此可得：实桨的推力。 T=KpN2D4实桨的进速 V=》ND根据实船的航速V，可算出伴流分数牝「 Tss 'V3=1-VAs利用船模自航试验所得的推力减额分数。，可得实船的总阻力月A”：R=T（1-1）根据实船的航速Vs，船的湿面积S及水的密度可得实船总阻力系数[CTs]A：CTsL=-pSV,2 s上述[CTJA，刃是实船试航分析所得的实际总阻力系数与伴流分数。据此可得相关因子如下：5s△C=\c]-lc]T tsAtsm△rn=rn一rn式中，\c]为船模换算所得的实船总阻力系数；为船模自航分析所得的模型伴流分数。tsm m§6-4实船试速船舶在建造或维修工作完成后，照例要进行试航，以检验船舶在快速性、操纵性、主辅机性能及船舶装置等营运性能是否达到规定的技术指标。由于实船快速性试验是其中一项重要内容，因此，也常称为实船试速。此外，大量实船试航资料的积累对于建立各家水池的实船船模相关数据，以提高实船性能预估的正确性是非常重要的。就“船舶推进”这门学科而言，最关心的是取得如图6-7所示的实船试速的可靠数据。关于实船试速的条件和方法，我国已制定了标准化文件，本节只作简单的介绍。—、试速条件1.测速应选择水面宽广，有足够深度，风浪、潮流影响较小的水域作测试区。通常多采用叠标法测速，因此测速区不宜离岸边太远。测速区的标桩设置如图6-9所示。图6-9在岸上设立A、A、B、B四个标桩，标桩AA与BB的垂直距离为测速段长度，通常取12 12 12 121~2海里。为使船舶在进入测速段前达到稳定的航速，在测速段两端设在助航段，助航段长度视船舶大小而定，中小型船舶约为2〜3海里(或25倍船长)，大型船舶(5万吨以上)应大于40倍船长。环境要求风力应不大于蒲氏风标三级，海况不大于二级浪，能见度良好。试速区水深应满足以下两式中较大者：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 船宽(m)；d 吃水(m)。船|舶状况为进行船模和实船相关分析，要求试验船舶处于设计装载状态，即与船模自航试验的状态一致，船体水下部分及螺旋桨表面没有污损。二、测试方法试验工况一般分四〜五档，主机从低负荷向高负荷依次递增，直至容许的超负荷工况。例如主机额定功率的60%、75%、90%、100%及110%超负荷工况。对于每一工况至少应进行正反航向三个连续单航次的试验，每一工况三个航次的主机转速应尽可能保持不变。每个航次都应保持船的航向同标桩方位正交，且尽可能在同一测速线上，尽量少操舵，为保持航向而必须操舵时，操舵角要求不大于5°。2.测量数据航速至少由三位观察者用秒表(精度应可读至1/100s)测定船舶在测速段内航行的时间。由所测跑标时间及已知标桩距离可以计算出每一航次船舶的对地速度V。将跑标时间及对地速度填入表格。表格中也希望同时填入进标及出标时间，航次等，以便查考。当然也可利用近期发展的一些新型高精度测速装置，无需跑标就可精确测定船舶对水速度或对地速度。但就目前情况来看，跑标还是方便可靠，乐于为人们所采用的方法。轴转矩和转速测量用扭力仪测定轴转矩及轴转速，便可以计算出轴功率，扣除尾轴系的传递损失后可得到螺旋桨的船后收到马力。轴转矩及转速最好是连续同步记录，否则，在测速段内至少应作3〜4次的数据记录。推力测量推力是船模和实船相关分析中比较重要的数据，但由于目前尚缺少足够满意的测量实船推力的仪器及传感器，故实际应用中常借助自航试验中的相对旋转效率nR来进行分析。其他观察测量项目 R为了能够对试速结果进行深入分析和以备查考，有必要对下列诸项目进行观察或测量：航向——记录每航次的实际罗经航向；操舵情况一一在测速段内记录航行时的操舵次数及舵角；风速、风向一一测定每一航次的相对风速V及相对风向角0；R