水动力实验室假底方案设计【毕业设计】.doc

1、 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 水动力实验室假底方案设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 东海科学技术学院本科毕业论文 目录 II 目 录 中文摘要 .1 英文摘要 .2 第 1 章 绪论 .3 1.1 立题背景及研究意义 .4 1.2 拖曳水池的发展现状 . .9 第 2 章 实验室拖曳水池介绍 . .18 2.1 概述 . .18 2.2水池池体 . .19 2.3轨道介绍 . .20 2.4拖车系统 .22 2.5 造波和消波系统 .25 2.6 测量技术 .27 第 3章 最基本单元的确定 .28 3.1 PVC 材料 概述

2、 . 28 3.2 PVC 基本特性 . 29 3.3 PVC 材料 的 优越 性 .29 3.4 PVC 板材的种类及特性 .31 3.5 单元的选定 .32 3.6 型材的选择 .32 第 4 章 方案一、二的设计 .38 4.1 拖曳水池假底方案一的组成与介绍 .38 4.2 拖曳水池假底方案二的组成与介绍 .38 第 5 章 结论和展望 .39 5.1 结论 .39 5.2 展望 .39 第 6 章 致谢 .40 参考文献 .41 附录二：附图 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 1 实验室水池假底方案设计 摘 要 拖曳水池是 水动力学实验 的 其中 一种设备， 它 是用模型试验 的

3、方法来了解船 舶 的运动、航速、推进功率 以 及其他 一些 性能的试验水池 ,试验是由电动拖车牵引船模 来 进行的 ,因而得名 。 船舶、潜艇、鱼雷、水上飞机和各种 各样的 海洋结构物等都可在水池中 进行 模型试验。拖曳水池 的 池体 是 钢筋混凝土 的 结构，一般 形状则是 矩形。在 它的 两边池壁上 都 铺设 有 轨道，而 拖车 则 在轨道上 面 行走。拖车 则 由直流电动机驱动拖曳船模进行试验。 对国内各个拖曳水池进行统计得知：现国内基本上都是做浅水试验的水池和大部分做深水试验的水池是分开的，那么，江海联 运的船舶做试验时就很难做到 ,我所设计的方案便是将深海试验和浅海试验都在一个水池里

4、完成，这是非常有必要的。这样可以模拟江海联运船模试验。我的方案是：以我校拖曳水池为原型 ,在拖曳水池水面与池底之间安装一层假底用便宜的 PVC 塑料板为单元 , 由滚轮带动型材，在板上放上一列的板，然后一列一列得滑进去，直到中间全部铺满为止。当需要做浅海试验的时候将假底推进去，当需要做深海试验的时候又可以将假底撤出来。 关键词 拖曳水池；模型试验；方案；假底； PVC 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 2 Laboratory pool design in the false bottom Abstract The towing tank is a device for hydrodynam

5、ic experiments, it is to understand the movement of the ship model test method, speed, propulsion, power and other performance test pool, the test is carried out by the electric trailer tow ship model, hence the names. Ships, submarines, torpedoes, seaplane, and a variety of marine structures, etc.

6、can be model tests carried out in the pool. The cell body of the towing tank is a reinforced concrete structure, the general shape is rectangular. Laying it on both sides of the wall on the track, while the trailer is in walking on the tracks. Trailer by the DC motor driver towed ship model test. Th

7、e towing tank of the domestic statistics to know: is now the country are basically doing the pool of shallow water test and most of the deep-water test pools are separate, then Jianghai transport ship when a test is difficult to do.My program is designed to deep-sea testing and shallow water test do

8、ne in a pool, which is very necessary. This simulation Jianghai transport ship model testing. My options are: University towing tank prototype, installed between the surface and bottom of the towing tank with cheap PVC plastic plate as a unit layer of the false bottom, driven by the wheel profile, p

9、ut a board on board then a one and slipped it on, until the middle of all covered. Need to do a shallow water test when pushed into the false bottom, need to do deep-sea test can be false bottom to pull out. Key words towing tank; model test; programs; false bottom; PVC 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 3 第 1 章 绪论

10、拖曳水池是 水动力学实验 的 其中 一种设备，是 通过 用模型试验 的 方法来了解船 舶 的运动、航速、推进功率 、 其他性能 等 的试验水池 ,试验是 则 由电动拖车牵引船 舶 模 型 进行的 ,因而得名 。 船舶、潜艇、滑行艇、水翼艇 、 气垫船、鱼雷、水上飞机 以及 各种 各样的 海洋结构物都可在 拖曳 水池中 进行 模型试验。 船模拖曳水池、风浪流水池或者耐波性水池，操纵性水池以及循环水槽则是支撑船舶与海洋工程专业船舶性能学科的关键性设备、系统。其中，船模拖曳水池的效费比是最高的。船模拖曳水池是进行船舶快速性试验研究的最基本设备，其作用则在于造成模型在水面做匀速直线运动。除了船舶快速性

11、试验外，随着造波机的应用，船舶操纵性和耐波性的部分试验项目也能够在拖曳水池中进行，因此，船模拖曳水池已经成为船舶性能试验的最主要的设备。 拖曳水池 的 池体 是 钢筋混凝土结构，一般 的形状是 矩形。在 它的 两边池壁上 都 铺设 有 轨道， 而 拖车 则 在轨道上行走 。拖车 用 直流电动机驱动 来 拖曳船模 从而 进行试验。对拖曳 的 速度实行自动控制，保持速度精度 为 0.3 1 。水池横剖面 的 面积（ 即 池宽 水深）应超过船模水线以下中央横剖面面积 的 250 倍 ,另外 池壁效 则 可 以 忽略不计。水池 的 长度 则 根据拖车最高速度而定，包括拖车加速段、等速段和减速段的距离。

12、为 了 模拟 进行 浅水航行，池底要平坦，水深可 以 调节。在水池的一端 则 装有可在水池中产生规则 、 不规则长峰波的造波机。通过测量船模在波浪中的纵向迎随波浪运动 的 特性参数，可 以用来 研究船模的耐波性能等 。 对于 船模外形 的要求是： 必须 和 实船几何相似，可选用 蜡、木、玻璃钢或塑料等材料 来制作 。为了避免在 层流 状态中做船模试验， 必 须采用激流措施。常规 的 方法是在离船模艏柱后为船艏柱和艉柱之间的长度 之 处装置一根直径为 1 毫米的金属丝 ，当然 也可采用一排短钉来激流。 1.1 立题背景及研究意义 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 4 1872 年英国造船学家

13、W.弗劳德 ， 在英国托基创建了世界上第一座船模试验池。 1900 年泰勒 (D.W.Taylor) 为美国 海军建立了第一座自行式的拖曳水池，到 19 世纪末，全世界只有5 座船模试验水池，然后经过了 一百多年 ， 世界各国相继建造的拖曳水池已 经 有 150 多 座 ,池长超过一百米的 也 约占半数。中国于 1954 年在上海建成 了 第一座水池， 它的 长 70 米，宽5 米，水深 2.5 米。 另外， 中国船舶科学研究中心 ， 于 1965 年在无锡建成 了一座 大型水池，长 474 米，水深 7 米，试验段 的水 池宽 14 米。 20 世纪 70 年代初， 在 荷兰建成 了 一座大

14、型变压拖曳水池 ，这座 水池建于密封的结构物内，室内 的 空气可以 进行 调节，气压低 可以 达 到 0.03 大气压。这样 的话 ，船模可 以 在同实船相等的空泡数下进行试验。 另外， 为了保证船舶和舰艇的航行性能，必须在拖曳水池中进行各种 各样的 模型试验。 有 船模阻力试验 、 螺旋桨敞水试验 、 船模自航试验 以及其他试验。 1.1.1 船模阻力试验 用拖车等速 的来 拖曳船模，用阻力仪 来 测量船模 所 遇到的阻力，这种试验称为 船模 阻力试验。将阻力试验结果按 照 弗劳德定律换算成相当速度下的实船阻力，再乘以航速即可 以 算出实船的有效马力。 另外，当 做潜艇和鱼雷的阻力试验时，由

15、于阻力仪是由伸入水中的支杆 (剑 )和模型连接的， 所 测得的阻力也就包括剑阻力在内， 所以 必须 要 扣除。为 了减小剑阻力，避免波和飞溅的干扰 从而 提高试验 的 精度，必须在水面给剑罩上导流罩。如果用将测力元件安装在模型上的电测阻力仪，则测得的阻力 并没有 包括剑阻力。 1.1.2螺旋桨敞水试验 将 模型螺旋桨安装在敞水试验箱的前端，箱内的电动机 则 通过螺旋桨动力仪转动螺旋桨。 用 等速 来 拖曳敞水箱，系统地改变转速，或转速不变，系统改变进速，由动力仪测量螺旋桨的推力 T,扭矩 ，记录速度 v 和转速 n，算得各个进速系数 J v/nD 下的推力系数 为 CT T/n 2D4、 扭矩

16、系数 CM /n2D5 （ 为水的密度 ,D 为桨直径）和螺旋桨敞水 效率。这种试验称为螺旋桨敞水试验。据此绘成的螺旋桨敞水特性曲线，可供设计者 来 使用。 1.1.3船模自航试验 把模型 的 螺旋桨安装在带附件的般模艉后面，模拟实船 的 航行状态，称为船模自航试验。 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 5 试验时，由装在船模内的电动机通过螺旋桨动力仪转动螺旋桨推动船模 来 前进；测量螺旋桨推力 T、扭矩 、同时记录速度 v,螺旋桨转速 n 和强制力 Z(强迫自航时 )等 。由于实船的 雷诺数 远 比 船模相当速度的 雷诺数大， 所以 船模摩擦阻力系数比实船大， 也就是说 船模自航时的螺旋桨负

17、荷系数比实船大。在纯粹自航试验 的 时 侯 ，必须在船模上附加一拉力（此拉力等于摩擦阻力修正值 Ra，强迫自航时可在强制力 Z 中扣除 Ra） ,才能使船模的自航状态完全对应于实船的航行状态。将试验结果连同船模阻力试验资料和螺旋桨敞水实验资料进行综合分析， 并 求出伴流分数 w,推力减额 t，以及其他有关系数 ,就能 够 掌握船体与螺旋桨的相互作用，预报实船在各种速度时的主机功率和推进性能。 1.1.4其他试验 水上飞机在起飞阶段的模型试验与滑行艇试验方法 是 相似 的 ，但在起飞过程中，由于 有空气动力的作用，水动力作用减小， 因此， 试验时必须相应地加一向上 的 拉力，来 代替机翼的举力。

18、为了模拟飞机降落状态，也 同样 可做飞机模型的撞水试验。 另外， 在拖曳水池中，还可观察和拍摄流线 ， 并 且 对流态进行录像，也可测量船模的兴波 ,来 计算兴波阻力。此外 ,还 可利用多孔 皮托管 或激光测量船艉 、 螺旋桨盘面上各点的流速，计算出船艉伴流 的 分布情况；如在拖车上设置平面运动 机构，则可进行船模运动性能试验。近年来，有些水池在主拖架下装一横向可移动的小车架，主车架前进时 ,小车架可拖曳船模作横向运动。这种车架称为 X-Y 车架，用它 还 可 以 按照预定航行轨迹作船模的操纵性试验。 快速性能是船舶诸性能（如浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐波性、操纵性）中的重要的性能之一。快速

19、性的优劣，对民用船舶来说，会在一定程度上影响船舶的使用性和经济性，对军用舰艇而言，快速性与提高舰艇的作战性能密切相关。研究快速性的方法有：理论研究方法、试验方法和数值模拟。其中试验方法又包括船模试验和实船试验。 船模试验是目 前研究船舶快速性的主要方法。它是把按比例缩小若干倍的船舶模型，置于人工修建的水池里，模拟实船在水中的各种运动，然后根据实验结果，探索船舶的运动规律，设计出性能优良的船型，在船舶工程发展史上，这是一项具有划时代意义的重大技术革新。很多优良船型或桨型几乎都是通过大量模型试验而得到的。而进行实验的基础 拖曳水池好比“人造海洋”，能以不同速度拖曳按比例缩小的船模，并模拟各种波浪条

20、件，验证船舶的流体动力学等性能。应用模型试验来研究船舶快速性的优点在于，它不仅简单、经济，而且可以为造船工程提供定量数据。实际上进行船舶 设计时，即使在初步设计阶段，也可能要做模型试验，进行方案比较，特别是一些较为重要的船舶几乎没有不进行船模试验就建造的。模型试验在船舶设计中得到广泛应用。模型试验可以在水池、水槽或水洞中进行，现今东海科学技术学院本科毕业论文 正文 6 多采用拖曳水池而不是水槽等其它实验设备的一大原因是，在水中移动模型所需的能量要比驱动大量水流过模型所需能量要小得多。拖曳水池还具有通过加热或冷却水或使用盐水等方法实现密度分层的能力。只要操作谨慎并使用合适的灌装系统，在拖曳水池中

21、能很容易得实现想要的任何稳定的密度剖面。 同时，拖曳水池可以进行尺寸较大的模型试验，模型完 全可以具备实物的所有功能，真实模拟；运行稳定性好；适用于水面和水下试验；重复利用率高；经济成本低。 拖曳水池的优势还包括，采用其它设备无法实现的独特的流场可视化技术，能相对容易地研究加速、减速水流，以及在静水中可以忽略背景运动等。 除了船舶领域，在航天、航空和汽车工程中，需要特殊模拟时，如高雷诺数，也要借助于水池试验。海洋工程的结构件，特别是深水中的结构件，多要在拖曳水池中试验，以确定其负载。 目前，我国拖曳水池的技术水平还远远达不到国际水平，而对其进行研究探索是非常有必要，非常紧迫的事情。现在，俄罗斯

22、、乌 克兰他们的技术水平是最高的，试验设施也非常先进；像美国、德国也处于相当高的地位了，他们都积极进行各方面的研究。 浙江省濒临东海，具有 26 万平方公里的海域和 6500 公里的海岸线，自古以来都是个航运业十分发达的省份，尤其在宁波、舟山区域，有着得天独厚的深水良港，往来船舶众多。有利的行业优势也促进着浙江省内船舶与海洋工程专业的发展。在 2005 年，浙江海洋学院建成了浙江省唯一一座船模拖曳水池，填补了一大空白。但纵观国内各水池，大都针对中、低速船舶，这其中自然是考虑到航运以商船为主，而商船又多属于中、低速船的 范围，然而随着经济的发展，高速游艇、公务艇的需求也越来越旺盛，目前仅中国船舶

23、科学研究中心（ 702 所）和荆门 605 研究所有高速水池，浙江省境内尚无同类拖曳水池。 1.1.5假底方案设计的意义 浙江省位于长三角南翼、长江和沿海的 T 形交叉口 ,既有宁波一舟山、温州、海门、乍浦等沿海港口 ,又有钱塘江、甫江等七大水系及京杭运河、长湖申线、杭申线等主干航线 ,航道网四通八达 ,运输条件十分便利。江海联运作为一种经济有效的直达运输方式 ,国内外成功应用的例子很多 ,然而 ,在经济发达的浙江却没有得到迅猛发展 ,那么究竟存在哪些制 约因素？浙江省有没有必要发展江海联运？至今还没有一个明确的结论。 因此 ,从现代物流和社会经济可持续发展的角度分析浙江省发展江海联运的可行性

24、 ,摸清浙江省对江海联运的市场需求、对充分发挥浙江省通江达海的水运优势 ,形成与港口物流业发展相配套的综合集疏运网络 ,实现现代物流业从传统的“港到港”向“门对门”服务发展具有非常重要的意义。 江海联运的界定：江海联运既是一种运输模式 ,又是一个比较广泛的经营范围 ,包括海船进江和江船出海两方面的含义。传统的水运 ,由于海船和江船采用的是两套不同的规范体系 ,东海科学技术学院本科毕业论文 正文 7 海船因为船舶吃水和过桥高度 的限制不能开到内河的纵深港口去 ,而江船由于船舶稳性和设备配且等原因不能出海 ,因此要求货物必须通过换船才能运达 此外 ,海运和内河运输历来属于两个不同的运输管理体系 ,

25、相应的规范也截然不同。这不仅增加了装卸费用和运输成本 ,而且降低了运输效率。 近年来 ,随着货主对水运快速化和物流化服务的要求日趋明显 ,港口群繁重的集疏运任务与尚不完善的综合运输系统之间的矛盾日渐突出 ,江海运输分设的格局正被逐步打破 ,江海联运日益受到重视。江海联运在操作中通过减少运输环节 ,驳船次数 ,节省重复且无意义的卸货载货 ,不仅可以降低 费用 ,减少损耗 ,而且可以扩张港口腹地 ,吸引众多货源 ,推进以港口物流、为特色的现代物流业发展。据测算 ,江海联运可使每吨矿石运输同比节约中转费 10%一 20%，降低途中损耗 1% 以上 ,而且运输周期明显缩短。 目前根据货种和到达地的不同

26、 ,实施“由海进江”或“自江出海”有三种运输方式： 铰接式的推驳江海联运，这种方式在美国五大湖区和日本各岛之间已有成功先例 ,据论证 ,同吨位的江海联运船 ,造价虽比长江自航驳船高出 10%一 15%,但速度可提高 3%。 海船一江船转运，集装箱为干支线方式 ,油轮为一程、二程转运方式。如长江中上游 地区 ,先用较大吨位的海船把货物运至下游南京等港 ,然后再转卸搬运 ,用传统的长江自航驳船等运至长江中上游，然而这种方式费时耗力。 陆运一滚装船一陆运，对运输时间要求较高的货物 ,可通过货车滚装船运输 ,把货物直接送达目的地。这一运输方式与传统水运相比 ,显然成本较高 ,但时间较快。 江海联运的国

27、内外发展状况：江海联运由于减少了中间环节、消除了货物损耗 ,大幅降低了运输成本而深受船东和货主们的欢迎。早在上世纪 20 年代 ,欧洲的封闭水域与内河之间便出现了江海联运的雏形 ,当时所使用的船型主要是性能较好的内河船或小型海船。上世纪70 年代后进人大力发展时期。同时 ,德国和美国等西方国家的江海联运也得到了迅猛发展。 我国的长江、珠江等河流深入大陆腹地通过出海口 ,近可与沿海各省、香港、澳门、台湾和海南 ,远可与俄罗斯远东地区、朝鲜、韩国、日本及东南亚诸国通航 ,具备了江海联运的条件。但早期这些水域大多属天然浅水航道 ,限制了江海联运的发展 ,因而我国江海联运起步比较晚。 上世纪 50 年

28、代 ,我国有关专家对江海联运的合理性进行了论证和探讨。上世纪 70 年代初期 ,5000 吨级油船曾航行于湖南长岭至大连及日本航线，中期 ,交通部组织上海海运局5000 吨级海船自秦 皇岛直达武汉的煤炭运输获得成功 ,洪水期大吨位船舶可进入南京和武汉。此外 , “ 浙海 117”万吨级，浅吃水货船也曾在非枯水期到达长江中下游港口卸矿装煤。这些有益的尝试 ,揭开了我国江海联运的序幕 ,经营江海联运的国有、地方、集体航运企业如雨后春笋，蓬勃发展 ,湖北、江西、江苏和广东等省建造了一大批中小型的江海联运船航行于长江、珠江至沿海及近海航线上。 东海科学技术学院本科毕业论文 正文 8 从第七个五年计划开

29、始 ,国家对长江干线的江海联运予以高度的重视。在“七五”期间 ,江海联运 5000 吨级运粮船、 4000 吨级化学品船和 4000 吨级集装箱船等一批重点攻关项目取得丰硕成果。“九五”期间 ,宁波北仑港至武汉的矿石江海联运也取得重大突破。进入 21世纪后 ,长江航运集团对已有 3000 吨内河货驳和 1942KW 内河推轮，进行了改造 ,组成江海联运船 ,也取得了成功。 2005 年 9 月 30 日 ,长江殉助白设计院为长航集团设计的现阶段我国最大吨位的江海联运货船“长跃海”号和“长飞海”号，投人营运。在 20 余年柳寸间内 ,江海联运取得了令人瞩目的发展。 江海联运的发展还需要一系列配套

30、设施和政策的支撑。那么模拟江海联运船舶航行等试验则显得尤为重要了。经过查找资料得知国内水池大概情况如下： 上海交通大学 的 水池的主要尺度为 110m6m3m ，可进行深水试验； 708 所 的 “ 小水池 ” 长 70 米、宽 5 米、深 2.5米 ，可进行深水试验， 新水池足有 “ 小水池 ”4 倍长、 2 倍宽、 2 倍深 ，可进行深水试验；华中科技 的 船模试验水池长 175 米、宽 6 米、水深 4 米 ，可进行深水试验； 长航科技的船模试验水池的主要尺度为 160m9.5m3.4m ，可进行深水试验； 江苏科技大学的船模拖曳水池的主要尺度为 10062.5 米 ，可进行深水试验； 大连理工大学船模试验水池尺度为160m7m3.7m （长 宽 水深） ，可进行深水试验 ;哈尔滨工程大学水池 主尺度为108m7m3.5m ，可进行深水试验。武汉理工的 大型深浅水两用拖曳水池主尺度132m10.8m2m ，水深可调 小 ， 可进行浅水试验。 由以上数据可知，现在的水池要么就是做深海试验的，要么就是做浅海试验的，当用到江海联运是，船舶从内河到海上的模拟时，江海联运的船舶的试验就很难做到 ,我所设计的方案便是在深水水池内设置一层假底，这样就可以将深水试验和浅水试验都在一 个水池里完成，这是非常有必要的。这样可以模拟江海联运船模试验。那么这个实验室假底方案设计将是非常有意义的。