4.1.1 MARIN的约束模式和自航模式试验
早在1976年,MARIN用人造浮泥代替真实浮泥,对一艘油轮进行了约束模和自航模试验,试验中观察到以下现象。
(1)当船的航速大于3节后,水-浮泥的交界面将出现波动,波幅随着浮泥的厚度增加而增加,随着龙骨下富裕水深的增加或浮泥密度的增加而减少。
(2)船舶的下沉量随着浮泥厚度的增加而减少,但与浮泥层的密度无关。
(3)舵的作用力和船舶运动的速度导数在浮泥中增大,加速度导数随着龙骨下富裕水深的减小而增大,但与浮泥层的密度和厚度无关。
(4)船舶在浮泥中定常回转运动变慢(回转直径增大),但Z型运动变快。
4.1.2 Flanders Hydraulics Research的自航模式和约束模式试验
1984—1989年,Flanders Hydraulics Research分别对集装箱船在天然浮泥上、液化天然气船和挖泥船在人造浮泥上进行了自航模试验。试验中得出以下结论。
(1)天然浮泥不适合用来做模型试验。
(2)船舶航速较低时(第一级速度),水-浮泥交界面不受扰动;航速加大到某一临界值后(第二级速度),交界面出现波动,并且往船尾传播;随着航速进一步加大(第三级速度),交界面在船的后方波动加大,波幅甚至会超过浮泥层厚度的好几倍。
(3)船舶的下蹲和航速密切相关,航速较低时,船舶在浮泥中有轻微下沉;航速较高时,船舶在浮泥中的下沉减少,但纵倾增大。
(4)浮泥中舵的侧向力显著增大,但力矩没明显的变化;当龙骨下富裕水深为吃水的-4%到10%时,舵在某个小角度下产生的力和力矩有时会指向错误的方向。(www.xing528.com)
(5)第三级速度下,与浮泥效应相比,浅水效应更加突出。
2001—2004年,Flanders Hydraulics Research又分别对两艘集装箱船和一艘散货船进行了约束模试验,分析了水-浮泥交界面的波动特性,有如下发现。
(1)交界面波动随着船舶航速增加而增大,但有一个极限值,波动一旦达到这个值后,随着航速进一步增加,波动会减少。
(2)当浮泥层的密度和黏度较小时,交界面波动增大较快。
(3)当船体在航行过程中与浮泥有接触,交界面波动总变得显著;船舶在较高密度的浮泥中航行时,波动出现在船中;船舶在较低密度和黏度的浮泥中航行时,波动出现在船尾。
(4)交界面波动随着船舶漂角的增加而增大,特别当波动出现在船首和船中时,这个现象更明显。
4.1.3 SOGREAH的约束模式试验
在1989年,SOGREAH对一艘油轮在三种缩尺比下进行了约束模试验。试验中采用人造浮泥,并且考虑了浮泥的硬度随几何尺度的变化和密度沿水深的变化。
(1)当船体与浮泥层没接触,船舶在浮泥中航行的下沉量与在浅水中航行的下沉量一样;当船体与浮泥层有接触,密度的梯度对船舶下沉量影响很大,梯度越大,下沉量越小;浮泥的硬度对船舶下沉影响不大;添加水流能减少船舶的下沉。
(2)船舶的纵倾受浮泥硬度影响很大,在这种情况下,船舶纵倾量随浮泥密度梯度的增加而增大,当船体与浮泥层接触后,船舶的纵倾方向会发生改变。
(3)当船体与浮泥层没接触,船舶航行在浮泥中的拖曳力与在浅水中航行的拖曳力一样;当船体与浮泥层有接触,拖曳力会迅速增大;浮泥硬度和密度的变化对拖曳力的影响很大;水流对船舶在浮泥中航行时拖曳力的影响跟在浅水中航行时相比,没有明显的差别。
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