行業(yè)創(chuàng)新 I 傳統(tǒng)船模拖曳水池的新玩法

小時候，我們都喜歡折紙船，并讓它們漂浮在水池或水坑上。紙船的制作方法或設計決定了它能夠在風吹雨打的水面上漂浮多久。同樣，通過將船舶模型拖入一個巨大的水池中，海軍設計師可以識別和了解影響船舶適航性、操控和破冰能力的不同因素。

傳統(tǒng)的拖曳水池是幾百米長的大型水池，或者是游泳池形狀的實驗設施。這些拖曳水池為船舶設計科學的發(fā)展立下了汗馬功勞，使人們對不同海水條件下的船舶水動力有了深入的了解。測試船舶設計的基本做法是使用拖曳裝置將船模拖入水池，并在此過程中測量船模上的力。早在 1870 年，威廉·弗勞德 (William Froude) 就認為需要使用一個拖曳水池來研究和預測船舶的阻力；這為先進拖曳水池打開了大門，如今，航運業(yè)的船舶設計師們都在廣泛使用這種水池。

為了進行準確的測量，拖曳水池必須建在一個溫度受到控制的建筑物內(nèi)，因為輕微的溫度變化就會破壞測量結果。用于拖曳船模的拖車是一個大型的可移動平臺，橫跨整個水池，上面配備傳感器，設有作業(yè)空間，可以使密切關注船舶設計結果的科學家在其上工作。待拖曳的船模通常放置在拖車中央。用于研究船舶水動力學的拖曳水池相當于用于車輛空氣動力學測試的風洞。

有三種試驗可以預測船舶的動力，分別是：

1.平靜水域阻力試驗

這項試驗有助于確定船舶設計速度所需的阻力。在測試中，船舶以不同的速度（至少 5 種不同的速度）被拖入試驗池，并分別測量對船舶施加的力。通常需要對全尺寸船模的測量結果進行放大。該測試是船舶建造合同的核心，如果承包商沒有達到規(guī)定的速度要求，他們將承擔后果。

2.公開水域螺旋槳分析

這項測試旨在測試螺旋槳的性能。在測試中，螺旋槳在 20RPS 下進行試驗，測功機以不同速度運行。進行螺旋槳試驗時，拖曳水池并非必不可少。也可以在較小的水池中進行。

對于被拖入試驗池的螺旋槳，測功機被設置為在不同的速度下，準確地測量出扭矩和轉(zhuǎn)速。在不同的螺旋槳速度下，可以將測功機的相應速度繪制成圖表，以研究螺旋槳的性能。

3.自推進試驗

與開放水域的螺旋槳分析不同，在該試驗中，螺旋槳的效率取決于船舶的速度。當螺旋槳被置于船后方時，其行為會有輕微的變化（與開放水域螺旋槳試驗得到的結果相比）。

在試驗過程中，一臺測功機和一臺馬達被安裝在船模內(nèi)，并以固定的速度被拖入試驗池。在某個點之后，拖車就沒有阻力了，這個無阻力中性點有助于計算螺旋槳的效率。

高級拖曳水池

盡管拖曳水池最初是為單一的測試目的而設計的，即船舶阻力試驗，但隨著時間的推移，船舶設計不斷進步，人們意識到需要使用高級拖曳水池。目前，拖曳水池可以進行一系列細致的試驗，提供接近真實海洋場景的測量，還可以在拖車上安裝昂貴的高級數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。有三種高級拖曳水池試驗：

1.適航性試驗

其中一項高級功能是讓拖曳水池中產(chǎn)生波浪（使用波浪發(fā)生器）。而且不是普通的波浪，而是不同波浪類型的組合，以模擬真實的海況，從而測量船舶對這些波浪的反應。

這些測量結果有助于分析所需的發(fā)動機功率、確保乘客舒適度的船舶設計（以防止暈船）以及其他有效保證適航性的措施。該試驗有一個限制：拖曳水池只適用于船首波。

2.操控系數(shù)試驗

該試驗用于確定不同船體類型的精確操控系數(shù)，從而解答哪種船舵設計與船體模型完全匹配，以達到最佳的操控效果。拖車上的平面運動裝置 (PMM) 將船體左右搖晃，使其移入水池，同時記錄在此過程中所施加的所有力。這種左右側向運動有助于得出準確的操縱系數(shù)。

3.破冰試驗

在該試驗中，會制作一塊特定厚度的冰塊，用專門的拖車將其拖入水池。破冰試驗的成本相當昂貴，因為在冰塊被破壞后需要制作新的冰塊。這項試驗有助于記錄破冰所需的功率以及船舶切開冰塊時的速度。

虛擬拖曳水池

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