关于侧推器效能的实验研究

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1、关 于 侧 推 器 效 能 的 实 验 研 究藤 野 正 隆 猿 田 俊 彦 伊 田 力对 循 侧 推 器 的 效 能 已 经 作 过 许 多 理 论 和 实 验 的 研 究 。 众 所 周 知 的 是 船 的 进 速 对 箱 侧 推 器 的 效 能 影响 很 大 , 即 由 循 侧 推 器 所 产 生 的 作 用 在 船 体 上 的 各 种 流 体 动 力 明 显 地 随 着 船 的 进 速 的 增 加 而 减 小 。另 一 方 面 , 人 们 对 船 的 进 速 、 水 深 等 因 素 对 昵 侧 推 器 的 效 能 所 造 成 的 影 响 还 不 大 了 解 。 因 此 , 作者 利 用

2、 船 模 试 验 进 行 了 这 些 研 究 。结 果 阐 明 了 船 的 进 速 对 娓 侧 推 器 效 能 也 有 重 要 的 影 响 , 但 它 十 分 不 同 于 船 的 进 速 对 舷 侧 推 器 的 情况 。 即 使 在 深 水 中 , 由 昵 侧 推 器 工 作 而 产 生 的 各 种 流 体 动 力 并 不 象 舷 侧 推 器 情 况 中 下 降 得 那 么 多 。 特别 应 注 意 的 是 在 浅 水 中 , 艇 侧 推 器 所 造 成 的 横 向 力 随 船 速 之 增 加 而 增 加 , 它 达 到 船 速 为 零 时 的 数 值 的数 倍 。 作 者 在 本 文 中 尝

3、 试 通 过 在 呢 侧 推 器 和 带 褂 翼 的 喷 射 翼 之 间 所 建 立 的 一 个 模 拟 模 型 来 解 释 此 种 横向 力 增 加 的 现 象 。一 、 绪 言为 了 提 高 船 离 靠 岸 时 无 进 速 情 况 下 和 以 极低 速 航 行 时 船 舶 的 操 纵 性 能 , 很 久 以 来 就 采 用了 侧 推 器 , 特 别 是 对 新 造 的 将 离 靠 岸 性 能 看 得很 重 要 的 短 途 客 轮 或 渡 轮 , 其 安 装 侧 推 器 的 比例 在 明 显 提 高 。 侧 推 器 分 为 设 在 船 首 部 的 舶 侧推 器 和 设 在 船 尾 部 的 舰

4、 侧 推 器 二 种 , 但 是 从 贯穿 船 体 的 通 道 的 设 置 难 易 性 , 和 在 进 行 离 靠 岸时 期 望 在 某 种 程 度 上 要 尽 量 利 用 位 于 尾 流 中 的舵 的 效 率 来 说 , 现 在 实 用 的 侧 推 器 , 大 多 数 是循 侧 推 器 。 船 的 进 速 以 及 航 道 的 水 深 对 舶 侧 推器 的 作 用 效 果 的 影 响 在 理 论 和 实 验 方 面 都 已 很清 楚 了 。 特 别 是 进 速 的 影 响 , 已 进 行 过 很 多 的研 究 , 例 如 在 实 验 研 究 方 面 有 英 格 立 许 日本 造 船 研 究 协

5、 会 第 分 会 的 研 究 报 告 以 下 略称 仁 以 及 契 斯 赖 特 、 同 本 和 玉 井 、 贵 岛 井 上 引 等 人 的 实 验 。 从 这 些 实 验可 看 出 , 由 循 侧 推 器 工 作 而 造 成 的 船 体 的 横 向力 和 回 转 力 矩 随 着 船 的 进 速 增 加 而 急 剧 减 少但 也 有 在 增 加 船 速 后 横 向 作 用 力 及 回 转 力 矩仍 保 持 其 原 来 数 值 的 情 况 。 契 斯 赖 特 认 为 ,在 航 行 中 由 于 侧 推 器 通 道 中 喷 出 的 喷 射 流 在 通道 后 面 的 船 体 表 面 上 会 引 起 低

6、压 场 , 另 一 方 面贵 岛 井 上 则 认 为 , 喷 出 流 体 会 使 船 体 表 面上 造 成 的 锈 导 速 度 场 能 用 船 体 表 面 上 的 涡 分布 所 代 替 , 而 涡 分 布 会 在 船 体 上 产 生 减 小 舶侧 推 器 推 力 的 横 向 作 用 力 , 这 些 都 说 明 了 随着 船 速 的 增 加 , 循 侧 推 器 作 用 效 果 减 少 的 原因最 近 , 曾 尝 试 将 侧 推 器 作 为 以 低 速 在 港 内和 狭 窄 航 道 上 航 行 时 的 辅 助 操 纵 手 段 以 及 为 防止 螺 旋 桨 倒 转 进 行 急 停 船 时 所 引 起

7、 的 船 横 向 运动 的 手 段 。 作 为 前 进 航 行 时 的 操 纵 手 段 , 艇侧 推 器 要 比 循 侧 推 器 更 有 利 些 , 而 且 , 因 为螺 旋 桨 倒 转 时 , 在 船 体 上 产 生 的 回 转 力 的 作用 点 也 更 近 船 尾 一 些 , 所 以 , 在 消 除 此 种回 转 力 方 面 舰 侧 推 器 也 要 比 舶 侧 推 器 为好 。进 速 和 水 深 当 然 也 会 对 舰 侧 推 器 的 作 用 效果 发 生 影 响 。 但 目 前 发 表 的 实 例 大 多 数 是 有 关循 侧 推 器 的 , 而 关 于 娓 侧 推 器 的 则 甚 少

8、, 所 以 ,作 者 为 研 究 上 述 各 因 素 对 娓 侧 推 器 的 作 用 效 果进 行 了 模 型 实 验 。 本 文 将 报 道 这 方 向 的 研 究 结果 。二 、 关 于 侧 推 器 效 能的 模 型 实 验供 试 船 模本 文 所 用 的 两 艘 实 验 船 模 分 别 为 垂 线 间 长海为 米 的 排 水 量 阴 吨 的 海 洋 渡 轮 船 模 和 为日 本 造 船 研 究 协 会 第 浏 二 分 会 所 使 用 过 的 垂 线间 长 为 米 的 油 船 船 模 。 两 艘 船 模 的 主 要 尺度 参 数 和 循 、 舰 侧 推 器 的 主 要 参 数 列 于 表中

9、 。 此 外 图 中 还 示 出 了 海 洋 渡 轮 的 舶 娓 轮 廓形 状 、 船 体 横 剖 面 形 状 和 侧 推 器 的 安 装 位 置 。等 浪 轮书 峨 重 峨一 舒 奢 邝 一 丝 亡众 岁 。研之, 、摧摧摧摧 嘱 群 洲洲耀 酬酬表图 海 洋 渡 轮 的 线 型 图供 试 船 模 及 侧 推 器 主 要 尺 度 参 数海 洋 渡 轮米米米米公 斤厘 米。米油 船肿 后“工 曰行自毯 占平 距 离距 离 转 分米米米度卡 普 兰 形平 距 离之 距 离转 分乙位径水线水线体长数向直数器的水径廓器的水径廓间量系纵积桨桨推心重直角轮推心重直角轮线宽深水水形心面旋旋侧浮载轮片数叶速

10、侧浮载轮片数叶速船垂型型吃排方浮舱螺螺腊距距叶叶叶桨转舰距距叶叶叶桨转一 一油 布 仑一 引 夕鞭 树之巴 石上一 彩一 一 甲 盛 一 一 上 一 一 习 一 一 一钊钊甸甸斤 曰图 油 船 船 模 的 舰 部 外 形 及 在 第单 位 毫 和卫 站 处 的 横 截 面图 是 油 轮 船 模 的 船 尾 轮 廓 形 状 与 舵 侧 推器 的 安 装 位 置 。在 海 洋 渡 轮 上 , 只 装 有 舷 侧 推 器 而 没 有 装舰 侧 推 器 , 其 舶 侧 推 器 的 尺 寸 和 安 装 位 置 都 与船 模 精 确 地 相 对 应 。 在 本 实 验 中 以 船 的 浮 心 作为 舷 、

11、 娓 侧 推 器 的 中 点 , 娓 侧 推 器 的 喷 口 避 开了 螺 旋 桨 轴 , 娓 侧 推 器 的 主 要 参 数 和 舱 侧 推 器相 同 。 此 外 , 由 于 没 有 与 油 轮 船 模 相 对 应 的 实船 , 故 只 能 参 考 惯 例 , 根 据 船 模 情 况 来 确 定 舰侧 推 器 的 安 装 位 置 。 娓 侧 推 器 的 尺 寸 要 比 从 本模 型 船 推 想 出 的 实 船 尺 寸 要 偏 大 些 , 但 要 将 侧推 器 的 模 型 造 得 比 表 所 示 的 尺 寸 更 小 是 有 困难 的 , 因 此 就 采 用 表 中 所 示 尺 寸 。将 船 模

12、 在 无 攻 角 情 况 下 , 在 水 池 拖 车 上 直线 拖 航 , 根 据 测 量 侧 推 器 工 作 时 作 用 在 船 体 上的 横 向 力 和 回 转 力 矩 的 方 法 进 行 了 试 验 。 由 于油 轮 船 模 的 舰 侧 推 器 的 流 体 作 用 力 很 小 , 故 其测 量 值 的 可 靠 性 要 比 海 洋 渡 轮 船 模 的 要 差 一些 , 所 以 详 细 的 实 验 采 用 海 洋 渡 轮 船 模 进 行 。油 轮 的 船 模 试 验 主 要 用 以 对 海 洋 渡 轮 船 模 所 得测 量 结 果 作 定 性 验 证实 验 是 在 东 京 大 学 操 纵 性

13、 水 池 米米 内 进 行 的 。 试 验 时 , 对 船 模 的 船 速 与 水 深作 了 变 化 。 该 水 池 的 内 底 对 于 象 这 次 使 用 的 船模 所 作 的 浅 水 实 验 十 分 适 合 , 故 进 行 得 很 顺利 因 为 在 浅 水 实 验 中 船 模 有 一 定 程 度 的 下 沉量 和 纵 倾 , 故 在 本 实 验 中 , 对 船 模 不 但 在 纵倾 、 升 沉 而 且 在 横 摇 方 面 都 不 加 拘 束 , 而 只 对船 模 在 进 退 和 横 漂 方 向 上 施 加 限 制 对 流 体 作用 力 测 量 采 用 了 为 该 水 池 惯 用 的 悬 臂

14、 梁 式 的 横向 力 测 量 计 , 在 船 模 重 心 前 后 的 点 上 检 测 横向 力 、 , 并 根 据 两 作 用 力 之 和 求 得 船 模 所受 的 总 横 向 力 , , 然 后 根 据 此 两 作 用力 之 差 乘 以 重 心 和 测 力 点 间 的 距 离 , 求 出 回转 力 矩 。 一 , 在 用 模 拟 计 算 机 对 ,两 力 之 和 与 差 进 行 演 算 的 同 时 , 为 了 消 除 包含 在 测 量 值 中 的 噪 声 所 引 起 的 读 数 的 不 精 确性 , 再 用 一 模 似 计 算 机 在 一 定 的 时 间 内 进 行 积分 , 然 后 以

15、积 分 时 间 内 的 平 均 值 来 作 为 横 向 力和 回 转 力 矩 的 数 值 。实 验 结 果采 用 下 式 将 由 实 验 结 果 所 求 得 的 横 向 力犷一 , 一 一 件 一 一二 斗 丁刊 长 了、 。 凡 口 夕六 喷 射石 功 , 一 海 翩 粉口叫耐 。州 。图 海 洋 渡 轮 储 侧 推 器 工 作 时 的 横 向 力 和回 转 力 矩加 乒 娜 孝 派 粉犷 “ 树尹 么 口了 ,户 叫 球幽万岁 江 柔 全 鱿 瓷 几。 , , , ,图 海 洋 渡 轮 腊 侧 推 器 工 作 时 横 向 力 的 作 用 点和 回 转 力 矩 无 因 次 化只 一 自 万

16、污尸 月 一 丈 少” , 式 中 为 水 的 密 度 。 为 侧 推 器 叶 轮 的转 速 转 分 为 叶 轮 的 直 径 为 船 的 垂线 间 长 。海 洋 渡 枪 的 实 验 结 果图 、 所 示 为 只 有 舱 侧 推 器 在 工 作 时 , 作用 在 船 体 上 的 横 向 力 和 回 转 力 矩 , 图 中 把 横 向力 的 作 用 点 尸 作 为 水 深 与 吃 水 的 比值 的 参 数 , 以 傅 氏 数 。 以 扩 厄 歹 为 横座 标 来 加 以 表 示 , 从 这 些 图 中 可 以 认 为随 着 船 的 进 速 从 零 开 始 增 加 , 横 向力 和 回 转 力 矩 在 减 小 横 向 力 的 减 少 特 别 明显 , 就 实 验 所 用 船 速 的 范 围 内 , 横 向 力 不 能 回复 到 船 速 为 时 那 样 大 的 数 值 。船 速 为 零 时 的 横 向 力 与 回 转 力 矩 与水 深 吃 水 比 没 有 明 显 关 系 。 但