國內外科研試驗水池概述

　　摘要：科研試驗水池是進行各種民用及軍用船舶、水上飛機、地效翼飛機模型快速性及耐波性試驗的重要設施。本文對水動力試驗中最重要的試驗設備試驗水池進行了分類，介紹了國內外主要的大長度的拖曳水池、大寬度的耐波性試驗水池和旋臂水池。

　　關鍵詞：科研試驗水池拖曳水池泰勒水池

　　1引言

　　科研試驗水池是進行各種民用及軍用船舶、水上飛機、地效翼飛機模型快速性及耐波性試驗的重要設施，可進行阻力、自航、敞水、流線、伴流場，波浪中失速，升沉、縱橫搖、加速度砰擊等的試驗內容，并預報實航航行性能，也可以進行水下航行試驗、水中兵器出水入水試驗等，是水動力學領域最基礎最重要的設施之一。

　　船舶論文投稿刊物：《船舶工程》(ShipEngineering)雜志創刊于1979年，由中國造船工程學會主辦、上海船舶設備研究所編輯出版室承辦。系中國造船工程學(gongcheng_xizhongguozaochuangongchengxue)會會刊，國家技術類核心期刊，船舶行業主流媒體。國際刊號：1000-6982，國內刊號：31-1281/U，郵發代號：4-251，國內外統一發行。刊載內容以刊登國內外新產品、新技術、新工藝、新材料的介紹和推廣，以及應用研究、實用技術和管理科學的論文為主。

　　2試驗水池的分類

　　試驗水池是進行水動力試驗的最主要的試驗設施，包括拖曳水池、耐波性試驗水池、旋臂水池、破冰水池、露天水池等。

　　2.1拖曳水池

　　弗勞德于1871年創建了世界上第一個船模拖曳水池(該水池長85米，寬11米，深3米，最大拖曳速度5米/秒)，實現了船模運動阻力試驗，根據試驗結果預估的船舶航速和功率與實際情況相符。從這以后，許多國家相繼建造了類似的拖曳水池，其用途不僅是預估功率，而且經過系列的模型試驗研究可獲得阻力較小的船型和高效率的推進器[1][2]。

　　區別于使用等阻力測試方法的重力式船模水池，現代拖曳水池多采用等速度方法進行阻力測試，拖曳水池具備有較好的試驗條件，能進行重力式水池中無法進行的試驗，它的使用范圍廣泛，而且便于采用新的試驗技術[3]。

　　2.2耐波性試驗水池

　　最初的耐波性試驗是在常規的拖曳水池中試驗的，只需配備造波設備、消波設備和必要的運動參數測量儀器即可。但是在拖曳水池中只能進行迎浪和順浪兩種航向的船模耐波性試驗，以及橫浪無航速的橫搖試驗，局限性較大。后來為適應船模耐波性試驗發展的需要，各國相繼建造了不少用于耐波性試驗的水池[4]。

　　耐波性試驗水池普遍采用橫跨水池的大型X-Y拖車、多方向造波系統等大型專用設備，可將耐波性水池和操縱性水池合二為一，除了開展艦船耐波性和操縱性試驗研究外，同時還能開展波浪中的操縱性試驗項目。XY航車系統由于主航車和副航車兩者間互成直角方向運動，故航車可在水池的整個平面做二元運動。主、副航車的運動與轉臺的回轉運動可以控制同步，故可使船模以運動切線方向或任意迎角的狀態運動[5]。

　　2.3旋臂水池

　　這是一種進行拘束船模試驗的專用水池。可在穩定的角速度下進行模型水動力測試的大型試驗設施，長期從事船舶主要性能之一——操縱性的研究和試驗，主要從事船舶、潛水器等的操縱性理論及試驗測試，廣泛開展針對各型水中運動體的操縱性性能預報。在圓形水池中心有一小島，島上裝有一套旋臂裝置，臂的另一端支撐在圓水池壁的軌道上。船模可以固定在旋臂的任一位置處浮于水面或沉入水下，當旋臂繞小島中心軸旋轉是，帶動船模在水池中做各種半徑的圓形運動。船模處于完全拘束狀態隨旋臂運動，相當于在勻速直線運動上再疊加一個勻角轉動。此時可以通過多分量測力儀對船模水動力和力矩進行測量，再經過分析計算求得操縱運動方程式中的水動力導數，主要是旋轉導數和角速度耦合導數。

　　3國內外主要研究機構

　　3.1美國海軍泰勒水池(NSRDC)

　　大衛泰勒模型水池位于馬里蘭州西貝斯塞斯達，是海軍水面武器中心卡德洛克分部。大衛泰勒模型水池的目的就是通過研究模型為船舶性能提供精確可靠的預計。自從投入運營以來，該設施為海軍、海岸警衛隊、航海管理局和海上作業在造船方面的發展提供了關鍵支持。

　　3.2俄羅斯克雷洛夫水池

　　克雷洛夫院士命名的造船研究所是俄羅斯最大的造船科學中心，從事對艦、船、海洋技術設備及其它飄浮體設計等廣泛領域的研究工作，進行項目鑒定，以及對所建造物體各部位合理性的論證等。研究院擁有完善的試驗設施，可完成各種艦船的試驗和船模試驗。主要試驗設施包括深水和淺水拖曳水池、高速拖曳水池、耐波性試驗水池、船模操縱性與空泡試驗水池、破冰試驗池、風洞與空化水筒、聲學測量水池、拉伸試驗機、疲勞振動試驗機及水力和動力裝置試驗設施。高素質的專家隊伍也保證了研究院研究的高質量。

　　3.3日本國家海事研究所(NMRI)

　　日本國家海事研究所(NMRI)又稱日本運輸省船舶技術研究所，成立于1963年4月。運輸省主要負責制定日本造船技術發展的基本方針和重要政策，船舶技術研究所主要從事船舶推進性能、運動性能、結構強度，船用發動機，船用材料，船舶舾裝，核動力技術，冰海技術和海洋開發等研究、設計和調查。

　　3.4德國漢堡水池(HSVA)

　　超過九十年間，漢堡船模水池HSVA一直處于水動力學研究前沿，HSVA影響和引導了解決復雜問題的測試技術、方法、標準和數學程序。HSVA建立于1913年，作為世界上最大的同類試驗設施，1915年著手開始德國海軍水下潛艇測試。1929年320米長、最高速度20m/s拖車被建立用于兩棲飛機模型試驗。戰后HSVA被拆除和部分毀壞，1952年，HSVA重建在遠離舊址幾百公里的位置，1953年，測試重新開始，試驗設施被擴大和改進。

　　3.5荷蘭國家水池(MARIN)

　　荷蘭海事研究學會也就是荷蘭國家水池建立于1929年，1932年開始使用，為了滿足與日益增長的工業研究要求，包括快速性、耐波性、操縱性、淺水效應、振動、噪聲等，一系列專業試驗設施被成功建造(深水拖曳水池1951、淺水拖曳池1958、高速水池1965、減壓拖曳水池1972、空泡水筒1979，離岸工程水池1960，耐波性和操縱性水池1999，減壓拖曳水池2001)。

　　3.6中國船舶科學研究中心(CSSRC)

　　中國船模科學研究中心是我國船舶及其他海事裝備總體核心技術研究所。主要從事基礎應用研究和應用技術研究，承擔大中型軍民船舶、海洋工程、水下物體和水中兵器的水動力學的檢測、預報、優化和評估分析方法，以及高新能船舶、潛器和其他海事裝備的總體性能研究、設計和開發。是國際船舶拖曳水池會議(ITTC)和國際船舶結構會議(ISSC)的成員單位。

　　4小結

　　試驗水池工程規模大、建設周期長、耗費大量的人力物力財力。國內外主要研究機構的水池大都在五六十年代就已經建成。隨著技術的更新換代，原有水池的一些技術指標逐漸不能滿足新的試驗需求，水池通常會通過更換新型拖車、安裝造波設備、增加一些保證測試精度的儀器設備(如四自由度適航儀、數據采集與分析系統)等手段，改造后的水池不但在拖車速度范圍上有所增大，在測試手段與測試精度方面也有了很大的改進與提高。

　　參考文獻

　　[1]施奇，楊大明，尹赟凱.船模拖曳水池靜水阻力對比研究[J].江蘇科技大學學報(自然科學版)，2011,25(4):312-315

　　[2]楊松林，孫小峰，楊大明.確定拖曳水池長度的方法[J].船舶工程，2001,(6):61-64

　　[3]李廣年，謝永和，郭欣.拖曳水池方案設計[J].中國造船，2011,52(3):110-114

　　[4]郝亞平.船舶性能試驗技術[M].北京：國防工業出版社.1991

　　[5]楊溢.XY航車系統運動性能分析[D].哈爾濱工程大學，2009,2

　　作者：趙佳楠

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