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1、船舶与海洋工程实验技术附连水质量试验报告学院：船舶与海洋工程 班级：船海 1301班 姓名：禹宗昕学号：U201312263指导老师：汪磊试验时间： 2016.5.26试验目的1了解测力系统六自由度船模水动力性能测试装置的工作原理，掌握其使 用方法。2熟悉附连水质量测量试验的基本原理和试验方法，研究附连水质量随角 度变化规律。3通过试验测量船舶在非定常水平运动中的附连水质量，为船舶设计研究 提供有力的试验支撑。二实验原理附连水质量是衡量船舶航行性能的重要指标之一。进行附连水质量试验时使用测试装置的六自由度平台带动试验船模使其在长度方向上受强迫往复运动船模沿某一水平方向作周期性往复运动时，其水平
2、运动二阶微分方程为：(1)（m 羊0 m）x + cx = Fm为船模质量；0m为附连水质量；X为船模运动加速度；X为船模运动速度； c为船模运动阻尼系数；F为船模所受到的外力；（m轲m）X为船模惯性力；cx为如图 1 所示正确安装实验装置，使船模受强迫往复运动，其运动位移为x = A sino t，其中 = 2兀f，通过在六自由度平面运动机构设置A和f能使船模 实现该运动。对位移函数依次求导即可得到船模速度x二Acost，船模加速度X二-A2sin。另外，可以通过六维测力传感器能够测得船模所受外力F。将这四组量置于横坐标均为时间轴的直角坐标系中。如图2 所示为船模作往复运动下，最终整理得到的
3、船模位移、速度、加速度与所受外力与时间的关系曲线。在图中竖线所在的时刻，船模速度为 0，船模此时的阻尼力为0，提取该时刻的船模所受外力和运动加速度，按公式1 即可求得图2 船模位移、速度、加速度、外力时间曲线三试验流程模型在拖曳水池中进行附连水质量试验，必须进行一系列的准备工作：1. 模型制作：根据实际的主尺度和示意图按选定的缩尺比久绘制模型加工 图，经过材料的下料、胶合、切削、加工和油漆等各种工序，制作成表面光滑， 符合精度要求的模型。2安装模型：将六自由度运动平台系统吊装到拖车上安置固定并且通电， 将六维测力传感器与船模通过法兰盘连接，将船模漂浮于水池上；通过六自由度 平台的连接杆和其自身
4、升降功能将六自由度平台调节到合适的高度，并与六维力 传感器螺栓连接。并检查各仪器设备是否正常。3数据采集系统的安装和调试：安装位移测距传感器并与数据采集系统连 接，将力位移传感器与数据采集系统连接，将两系统的采集频率均设置为 100Hz； 启动六自由度运动平台使其作往复运动，观察数据采集情况，确保数据采集的准 确性。4. 数据采集：设置六自由度运动机构的运动幅值和周期，使其带动船模作 简谐运动，采集每组工况下船模运动位移和所受到的外力时程结果。四. 试验仪器六分力天平品牌为德国FC-K6D68,具体型号为K6D68 2kN/50Nm，如图 所示，三个力的量程分别为2kN, 2kN, 4kN,精
5、度为土 1N,三个力矩的量程 为20Nm,精度为0.1Nm；六自由度平台带动试验船模做正弦运动的最大幅值 为50cm，最大频率为1Hz；数据采集软件与六分力天平配合使用，其窗口如图 所示,在使用测试装置进行船模水动力性能试验时,待测试装置平稳工作后再开 启数据采集窗口,点击“清零按钮”后再点击“开始采集”按钮 ，通过六分力天 平测得的船模所受力和力矩将显示在该窗口上，其中,窗口左侧显示船模所受力 和力矩的实时图像数据,右侧则显示相应的数字数据 ，待试验结束后,点击“数 据查看”按钮查看试验数据,再点击“数据存储”按钮进行数据保存,最后点击 “退出”按钮退出数据采集窗口。六分力天平实物图F七土Z
6、旦PdrU_KK阳H*Fqrw.ITorqwJ*KTwqwi.YHz n谓零社采栗KB亘音sas存懾14i1MJ：:141534137LEL 沁 LE7L&L&S&LB7 L&L4dM.1dl L5cL6cL6.U7 L5cM&.U7 ISjfeJ&jB?筑:览老dE7Lfctfi.Ta?LI/LL 阳H LL 曷監 14TD百M14门M；flLAsLi ；4L4LL MLiJLlE:!DL4i吐 L 吊JDUaLtti MMWfwTi y fmi v FiJ Tqpqm-x t* 呻匕丫 Trr.E数据采集窗口五. 数据记录与处理试验船模采用较为简单的箱型船体，其总长为1350mm,型宽为2
7、40mm,型深 为240mm，最大吃水为120mm，排水量为10kg。图 3.1 试验船模实物图第1 组试验数据t (s)x ( m/s2)F(N)000.3810.5-0.0060.4301-0.0120.4381.5-0.0160.4022-0.0190.3272.5-0.0200.2203-0.0190.0923.5-0.016-0.0454-0.012-0.1784.5-0.006-0.29450-0.3815.50.006-0.43060.012-0.4386.50.016-0.40270.019-0.3287.50.020-0.22180.019-0.0938.50.0160.04
8、590.0120.1789.50.0060.2931000.380f fx)dx 土 g /) - g ； ) - /鼬)InJI-1n-彳/何 + 丄召/窪)+4/(r)+ f(b)半个周期内加速度的积分：F=1/6*0+4*(-0.006)+2*(-0.012)+4*(-0.016)+2*(-0.019)+4*(-0.020)+2*(-0.019)+4*(-0.016)+2*(-0.012)+4*(-0.006)+0=-0.0636半个周期内力的积分：X=1/6*0.381+4*0.430+2*0.438+4*0.402+2*0.327+4*0.220+2*0.092+4*(-0.045)
9、+2*(-0.178)+4*(-0.294)+(-0.381)=0.7046采用辛普生法计算半个周期内加速度和外力的积分，消除阻尼力的影响得到船模惯性质量，减去船模排水量得到附连水质量：由(m + Am) X + cx = F 知Am =F /； -m=0.7046/0.0636-10=1.0786kg六. 误差分析1. 截断误差：在加速度和力的积分中运用了复化辛普森方法，理论上精度比 单纯的辛普森积分法和梯形，矩形积分方法精度都会高一些，但依旧存在截断误 差。如果有需要，可以考虑牛顿-柯思特积分。2. 系统误差：可通过改良仪器精度来减小系统误差。以及实验物体本身，模 型精度是否符合要求，六自
10、由度平台的安装等，可尽量精准。3. 偶然误差：可以通过严格控制实验条件，比如减小试验时拖车上人员的走 动，或者增加试验次数，来减小偶然误差。以及数据采集，待平台运动平稳时再 开始收集有效数据。七. 试验小节这是我们的最后一个试验，也是我感触最深的一个试验。之前老师问有没有 见过六自由度平台，答案一直都是肯定的，自以为见过好几次。然而之前平台一 直是在小楼梯上放着，自己根本没想过应该是在船池里和拖车配合使用。所以之 前对六自由度平台运作原理的理解一直都是错误的。如果没有这次实验，可能还 会自以为是地错下去。很多时候我们听理论课都会理所应当，就算自己理解出错 也全然不知。而实验课真的是个很直观的过程，一方面能帮我们更好地理解理论 知识，另一方面也让我们意识到工程问题比理论解的复杂程度。
