关于像真船航速的解释

huyr9067 · 发表于 2018-2-19 00:32

   时常有模友抱怨自己仿真船模航行姿态不逼真，而每当此时论坛里就会有一种观点：“把航速也按比例缩小才行”，例如密苏里战舰最高航速33节（约每秒17米），那做成1：350模型，则速度应该为17/350=0.048米/秒即每秒前进5厘米，首先不说这个龟速各位模友到底能否忍受，不少人试过将航速降到这个值，发现姿态依然不对，那么到底什么地方出了问题呢？
   最近在看《航空模型》杂志时看到了相关的解释，觉得很有意思，遍转载过来供模友参考。理论是非常复杂的，这篇文章的意义仅限于给大家了解原理。我觉得实际操作中，就是不断尝试航速，找到姿态最接近真船的值即可。
   以下为摘抄

比例速度航行的魅力（1）

   在以往的舰船模型比赛中，经常能看到这样的现象：有些选手为了获得较好的航速成绩，拼命提高模型速度，致使有些模型商船、模型帆船在航行中船艏高高翘起，掀起的波浪翻过船舷，冲上甲板：船艉则水花四溅，活像公鸡的尾巴，比同比例尺寸的模型军舰跑得还快。而一些本应航速大的模型导 dan艇却因速度太慢，被人笑称为“导 dan慢艇”。在银幕上，有时会看到镜头中的军舰航行姿态十分别扭，一望便知是用模型拍摄的，给人一种不真实感。
　　以上这些模型的航行姿态，会让人对真实船舶产生错误的印象。因为虽然船模的外形是完全按比例缩制的，但航行速度没有相应地变化，即没有按照比例速度航行，所以并不能准确表现船舶的航行状态。也就是说，让航海模型按照比例速度航行，是为了最大程度地还原真实船舶的航行状态。
　　航海模型比例速度的计算方法
　　航海模型的比例速度并非简单地将真实船舶的航行速度按与实船主尺度相同的比例缩小确定。举个例子，一艘护卫舰实船总长75米，航速为28节。如果相应的航海模型按1：50制作，总长为1 5米，那么其比例速度并不是28节÷50≈0.288米/秒。这里提到的“节”为舰船航行速度单位，1节=1海里/小时≈1.852千米/小时。
　　因为要还原真实船舶的航行状态，所以要让航海模型掀起的波浪与实船相似。在船舶原理中，掀起的波浪被称为“兴波”。而若模型按照与实船主尺度相同比例缩小的航速航行的话，它的兴波就会与实船不一样。
　　要想计算航海模型的比例速度，需先了解两个概念——兴波阻力和弗汝德数。
　　船舶航行时，水面会产生波浪，在船艏和船艉附近各引发一组波系。每组波系包括横波和散波。横波大致垂直于航向，散波与航向斜交。船波起伏的能量由船体供给，消耗了一部分推进船舶的功率，对船来说相当于克服一定的阻力——兴波阻力。
　　弗汝德數是流体力学中的一个术语，是流体内惯性力与重力的比值，用于判别水流的状态。在对舰船及其模型的长期研究后，一位名叫威廉·弗汝德（William Froude）的科学家找到了兴波情况与船的速度、长度之间的关系，指出两艘船型（船体的几何形状）完全一致的船，或者实船与其缩比模型之间，只有当它们的值相同时，它们的兴波情况才相似。这里的V是航迹、a是重力加速度、L是船的长度。人们把称作弗汝德数，用符号Fr表示。
　　弗汝德数对现代舰船研究有着极其重要的意义。因为现在几乎所有大型商船或军舰，在设计过程中都得通过模型试验来检查它的性能，对设计进行验证和改进。而对一般船舶而言，其航行时所受的阻力中，兴波阻力是最主要的。因兴波引起各部位受力情况的变化，正是设计师希望通过模型研究解决的主要问题。比例速度，就是模型与实船的Fr值相同时的模型速度，此时二者有相似的兴波情况。计算方法如下。
　　比例航速（ECO-BL）