船舶摇摆实验.docx
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船舶摇摆实验
具体实验内容：
格式样板如下，字体均用宋体。
（填空，每空1分，共25分）
船舶摇摆实验
1、实验目的（10）
（1）测量实船的固有横摇周期。
（2）通过实验了解船舶重心对横摇周期的影响。
2、实验原理（15）
船舶的摇荡主要有下列六种形式：
横摇、纵摇、首摇、垂荡、横荡、纵荡。
其中，横摇、纵摇和垂荡对船的航行影响最大，而横摇又最容易发生，横摇振幅也最大，严重影响船舶安全。
船舶的稳性：
横摇固有周期Ts:
横摇摇幅衰减
静水中通过对船舶施加倾斜力矩，使船舶产生初始倾角θ后，去除该力距，船舶进入自由横摇状态。
静水中船舶自由横摇的衰减曲线是按指数规律随时间而衰减的，相邻的两个横摇峰值或谷值之间的时间间隔即为横摇的固有周期Ts。
在半个周期时间间隔内，横摇幅值绝对值的变化为
由以上关系可得无因次衰减系数的表达式为：
3、实验步骤（10）
1、确认所有实验设备处于正确的初始状态，包括：
船舶（模）的摇摆运动不会受到干扰，倾角测量装置已上电并运行正常；
2、每次实验前测量其初始倾角；
3、运行倾角测量软件；
4、给船舶施加倾斜力矩使其倾斜；
5、点击倾角测量软件界面上的“开始”按钮，此时开始测量倾角数据并显示在界面上；
6、去除倾斜力矩使船舶进入自由横摇状态；
7、等待一定时间后，点击倾角测量软件界面上的“暂停”按钮，停止测量倾角数据；
8、将记录下来的倾角数据保存在指定的文件中；
9、在船舶的某一高度上增加重量。
首先将双面胶的一面贴在亚铁上，然后将亚铁粘贴到船模上。
注意沿船长的方向，亚铁的中心线要与船模的中线一致，避免船舶左右不对称产生固定的横倾角。
将增加重量的船模放入水中，给船模施加倾斜力矩使其倾斜，去除该
力矩使船舶进入自由横摇状态，对船模摇摆的倾角进行测量并保存实验数据。
按照这个方法，逐渐增加亚铁的数量，并对其进行摇摆试验，测量其摇摆横倾角并保存数据；
10、点击倾角测量软件界面上的“退出”按钮，关闭该软件，结束实验。
4、实验数据及其处理（40）
根据测得的倾角数据绘制倾角随时间的变化曲线、船舶横摇消灭曲线，求实验船舶的横摇周期、无因次阻尼系数，并写出算例。
（所测数据中每两个相邻数据之间的时间间隔是100ms，即数据是按10个/秒的频率测量和记录的。
）
（1）第一组实验数据：
由实验数据画出时历曲线图如下：
由图读出9组相邻两个横摇峰值或谷值之间的时间间隔如下表：
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
时间间隔
0.7
0.6
0.6
0.6
0.7
0.6
0.6
0.6
0.6
取平均值的横摇固有周期Ts=0.622s
无因次衰减系数计算：
由图得到
=1.10064
由公式
得μ1=0.03043
第二组实验数据：
算法同第一组，
Ts=0.76s
μ2=0.0921
第三组数据
算法同第一组，结果为
Ts=0.95s
μ3=0.0582
第四组数据：
Ts=1.21s
μ=0.01976
综上：
序号
1
2
3
4
横摇周期/s
0.62
0.76
0.95
1.21
无因次衰减系数
0.03043
0.0921
0.0582
0.01976
由于有效数据较少，无法画出消灭曲线。
5、思考题（20）
（1）根据实验结果，指出实验中对船舶横摇周期影响的因素及其程度（并提供相应的理论支撑）。
答：
重心高度对其产生影响，
根据理论公式
知：
当重心上升时KG增大，而GM0基本不变，船舶摇摆周期相应的增大。
当重心下降时KG减少，而GM0基本不变，船舶摇摆周期相应的减小。
（f和B为常数）
（2）船舶的初稳性与哪些因素有关？
答：
与浮心位置，重心高度，载荷变化，自由液面及悬挂重量有关。
（3）简述减摇装置的种类及优缺点。
答：
目前常用的船舶减摇装置有以下几种：
舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱、减摇舵。
舭龙骨的显著优点是没有运动部件，且除了通常所做的清除船体表面的维护外无需其他维护。
唯一的缺点是装上舭龙骨会使船舶阻力略有增加。
减摇鳍其主要优点是鳍的升力系数较大，静水航行时鳍收进船舱，不产生附加阻力。
缺点是多了一个收放机构，故需占用一定的船内空间。
减摇水舱的最大优点是船舶在任何航速下（即使停泊时）依然有较好的减摇效果，另外，减摇水舱还有自动化、免维修、操作简单、成本低及可靠性高等特点。
缺点是其减摇效果不如减摇鳍的减摇效果好，且减摇水舱需占用船内空间。
舵减摇装置具有较高的减摇效果但其需要高速操纵器以及低船速时舵效较差。
6、总结（就实验过程的某些现象进行分析总结或建议）（5）
答：
建议：
1改用面积更大的水池
2改用实验软件使得能够存储实验图像—历时图并且能从图像上读
取极值。
3船模尾部的线改用柔性线。
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