行业创新 I 传统船模拖曳水池的新玩法

小时候，我们都喜欢折纸船，并让它们漂浮在水池或水坑上。纸船的制作方法或设计决定了它能够在风吹雨打的水面上漂浮多久。同样，通过将船舶模型拖入一个巨大的水池中，海军设计师可以识别和了解影响船舶适航性、操控和破冰能力的不同因素。

传统的拖曳水池是几百米长的大型水池，或者是游泳池形状的实验设施。这些拖曳水池为船舶设计科学的发展立下了汗马功劳，使人们对不同海水条件下的船舶水动力有了深入的了解。测试船舶设计的基本做法是使用拖曳装置将船模拖入水池，并在此过程中测量船模上的力。早在 1870 年，威廉·弗劳德 (William Froude) 就认为需要使用一个拖曳水池来研究和预测船舶的阻力；这为先进拖曳水池打开了大门，如今，航运业的船舶设计师们都在广泛使用这种水池。

为了进行准确的测量，拖曳水池必须建在一个温度受到控制的建筑物内，因为轻微的温度变化就会破坏测量结果。用于拖曳船模的拖车是一个大型的可移动平台，横跨整个水池，上面配备传感器，设有作业空间，可以使密切关注船舶设计结果的科学家在其上工作。待拖曳的船模通常放置在拖车中央。用于研究船舶水动力学的拖曳水池相当于用于车辆空气动力学测试的风洞。

有三种试验可以预测船舶的动力，分别是：

1.平静水域阻力试验

这项试验有助于确定船舶设计速度所需的阻力。在测试中，船舶以不同的速度（至少 5 种不同的速度）被拖入试验池，并分别测量对船舶施加的力。通常需要对全尺寸船模的测量结果进行放大。该测试是船舶建造合同的核心，如果承包商没有达到规定的速度要求，他们将承担后果。

2.公开水域螺旋桨分析

这项测试旨在测试螺旋桨的性能。在测试中，螺旋桨在 20RPS 下进行试验，测功机以不同速度运行。进行螺旋桨试验时，拖曳水池并非必不可少。也可以在较小的水池中进行。

对于被拖入试验池的螺旋桨，测功机被设置为在不同的速度下，准确地测量出扭矩和转速。在不同的螺旋桨速度下，可以将测功机的相应速度绘制成图表，以研究螺旋桨的性能。

3.自推进试验

与开放水域的螺旋桨分析不同，在该试验中，螺旋桨的效率取决于船舶的速度。当螺旋桨被置于船后方时，其行为会有轻微的变化（与开放水域螺旋桨试验得到的结果相比）。

在试验过程中，一台测功机和一台马达被安装在船模内，并以固定的速度被拖入试验池。在某个点之后，拖车就没有阻力了，这个无阻力中性点有助于计算螺旋桨的效率。

高级拖曳水池

尽管拖曳水池最初是为单一的测试目的而设计的，即船舶阻力试验，但随着时间的推移，船舶设计不断进步，人们意识到需要使用高级拖曳水池。目前，拖曳水池可以进行一系列细致的试验，提供接近真实海洋场景的测量，还可以在拖车上安装昂贵的高级数据采集系统。有三种高级拖曳水池试验：

1.适航性试验

其中一项高级功能是让拖曳水池中产生波浪（使用波浪发生器）。而且不是普通的波浪，而是不同波浪类型的组合，以模拟真实的海况，从而测量船舶对这些波浪的反应。

这些测量结果有助于分析所需的发动机功率、确保乘客舒适度的船舶设计（以防止晕船）以及其他有效保证适航性的措施。该试验有一个限制：拖曳水池只适用于船首波。

2.操控系数试验

该试验用于确定不同船体类型的精确操控系数，从而解答哪种船舵设计与船体模型完全匹配，以达到最佳的操控效果。拖车上的平面运动装置 (PMM) 将船体左右摇晃，使其移入水池，同时记录在此过程中所施加的所有力。这种左右侧向运动有助于得出准确的操纵系数。

3.破冰试验

在该试验中，会制作一块特定厚度的冰块，用专门的拖车将其拖入水池。破冰试验的成本相当昂贵，因为在冰块被破坏后需要制作新的冰块。这项试验有助于记录破冰所需的功率以及船舶切开冰块时的速度。

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