第 卷 第 期 年 月 水 产 学 报.,., 文 章 编 号 : - ( ) - - 立 式 型 曲 面 网 板 的 水 动 力 性 能 王 明 彦, 王 锦 浩, 张 勋, 郁 岳 峰, 徐 宝 生 (. 中 国 水 产 科 学 研 究 院 东 海 水 产 研 究 所 农 业 部 海 洋 与 河 口 渔 业 重 点 开 放 实 验 室, 上 海 ;. 中 水 远 洋 渔 业 有 限 责 任 公 司, 北 京 ) 摘 要 : 采 用 正 交 优 选 法 来 考 察 网 板 板 面 折 角 展 弦 比 以 及 后 退 角 对 立 式 型 曲 面 网 板 水 动 力 性 能 的 影 响 试 验 结 果 证 明 影 响 网 板 水 动 力 性 能 的 最 重 要 的 因 素 是 网 板 板 面 折 角, 其 次 是 展 弦 比 和 后 退 角 当 网 板 的 板 面 曲 率 为 % 板 面 折 角 为 展 弦 比 为. 后 退 角 为 时, 网 板 具 有 较 高 的 水 动 力 性 能 当 冲 角 为 和 时, 网 板 的 升 力 系 数 均 为. 另 外, 通 过 对 优 选 网 板 添 加 模 拟 海 底 的 试 验 证 明, 网 板 在 底 层 作 业 时, 其 临 界 冲 角 从 减 小 为 ; 在 常 用 工 作 冲 角 范 围 内, 网 板 在 底 层 时 的 扩 张 性 能 要 高 于 中 层, 同 时, 网 板 的 升 阻 比 也 略 有 上 升, 并 能 在 较 宽 的 冲 角 范 围 内 持 续 保 持 较 高 的 扩 张 性 能 关 键 词 : 立 式 型 曲 面 网 板 ; 水 动 力 性 能 ; 正 交 优 选 法 ; 模 拟 海 底 中 图 分 类 号 :. 文 献 标 识 码 : -, -,, -, - (.,,,,, ;...,, ) :,. :.,. %,,..........,... 收 稿 日 期 : - - 资 助 项 目 : 中 水 远 洋 渔 业 有 限 责 任 公 司 资 助 项 目 ( - ) 作 者 简 介 : 王 明 彦 ( -), 男, 浙 江 鄞 县 人, 研 究 员, 主 要 从 事 海 洋 渔 业 和 渔 业 工 程 研 究 : -, - : @.
水 产 学 报 卷 : ; ; ; 立 式 型 曲 面 网 板 起 源 于 上 世 纪 年 代 的 日 本, 由 于 其 结 构 类 似 于 飞 机 的 机 翼, 同 时 有 板 面 折 角 和 后 退 角, 因 此 网 板 扩 张 性 能 高 稳 定 性 好, 现 已 在 日 本 韩 国 美 国 等 大 中 型 拖 网 渔 船 上 获 得 全 面 推 广 应 用 我 国 自 上 世 纪 年 代 起 开 始 引 入 这 种 网 板, 年 中 国 水 产 科 学 研 究 院 东 海 水 产 研 究 所 开 始 为 我 国 远 洋 渔 业 企 业 研 制 各 种 规 格 的 立 式 型 曲 面 网 板, 并 成 功 地 应 用 于 印 度 巴 基 斯 坦 和 西 非 沿 海 的 拖 网 渔 船 上, 但 是, 未 对 立 式 型 曲 面 网 板 水 动 力 性 能 进 行 过 系 统 的 研 究 上 世 纪 年 代 日 本 东 京 水 产 大 学 渔 捞 学 研 究 室 曾 采 用 单 因 素 试 验 法 对 板 面 曲 率 网 板 板 面 折 角 以 及 后 退 角 与 网 板 水 动 力 学 性 能 的 关 系 进 行 过 专 题 试 验, 取 得 了 一 [ - ] 定 成 绩 然 而, 网 板 的 水 动 力 性 能 与 多 项 因 素 有 关, 采 用 单 因 素 试 验 法 无 法 确 定 立 式 型 曲 面 网 板 的 最 佳 结 构 形 式 为 此, 研 究 采 用 正 交 试 验 法 来 分 析 网 板 的 结 构 与 水 动 力 性 能 的 关 系, 从 而 选 出 立 式 型 曲 面 网 板 较 佳 的 配 合 型 式 同 时, 对 网 板 在 中 层 和 底 层 作 业 时 的 水 动 力 性 能 进 行 对 比 分 析, 为 合 理 设 计 和 正 确 使 用 立 式 供 科 学 依 据 材 料 与 方 法 型 曲 面 网 板 提 实 验 于 七 八 所 五 室 的 风 洞 实 验 室 进 行, 试 验 用 风 洞 为 开 口 式 回 流 风 洞, 试 验 段 直 径., 长 度 为., 风 速 为 ~ -. 试 验 模 型 网 板 模 型 示 意 见 图 图 中 β 为 网 板 后 退 角, γ 为 板 面 折 角, 为 翼 展 长, 为 最 大 翼 弦 长, 为 上 翼 弦 长, 为 下 翼 弦 长 模 型 网 板 由 厚 的 钢 板 制 成, 板 面 曲 率 根 据 日 本 有 关 研 究 的 结 论 及 实 际 使 用 经 验 取 % [ ]. 试 验 方 法 试 验 分 两 个 阶 段 进 行 第 一 阶 段 重 点 考 察 网 板 折 角 后 退 角 以 及 展 弦 比 个 因 素 对 水 动 力 性 能 的 影 响, 同 时, 探 讨 其 最 佳 的 配 合 形 式 每 个 因 素 分 个 水 平 ( 表 ), 因 此 可 按 ( ) 正 交 试 验 表 来 进 行 网 板 模 型 试 验 块 模 型 网 板 各 因 素 的 配 合 见 表 第 二 阶 段 试 验 是 在 前 一 阶 段 试 验 结 果 的 基 础 上, 按 较 佳 配 合 设 计 号 网 板 进 行 试 验 同 时, 对 添 加 模 拟 海 底 后 网 板 水 动 力 性 能 的 变 化 进 行 分 析 研 究, 以 供 实 际 作 业 时 参 考 图 立 式 型 曲 面 网 板 模 型. 表 试 验 因 素 表. 因 子 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 网 板 折 角 后 退 角 展 弦 比... 网 板 模 型 在 风 洞 试 验 段 的 安 装 示 意 图 见 图 网 板 翼 弦 与 来 流 夹 角 为 α, 试 验 中 α= ~, 试 验 风 速 = -, 雷 诺 数 = / ν=., 其 中 粘 性 系 数 ν= - 试 验 时 用 分 量 应 变 式 天 平 及 - 动 态 应 变 仪 来 测 定 升 力 阻 力 力 矩 ( 绕 支 点 ) 同 时 测 出 压 力 中 心 点 离 网 板 前 端 距 离 = -( / )( - 法 向 力 ) 升 力 系 数 : = /ρ 阻 力 系 数 : = /ρ 力 矩 系 数 : = /ρ 压 力 中 心 系 数 : = / 式 中, 为 压 力 中 心 至 网 板 前 端 距 离 ( ); 为 网 板 模 型 转 动 支 点 到 网 板 前 端 距 离 ( ); 为 来 流 速 度 ( - ); 为 网 板 面 积 ( ); 为 网 板 最 大 翼 弦 长 ( );ρ 为 空 气 密 度 ( -. - ) -. - - ), ρ= - ( 室 温
期 王 明 彦 等 : 立 式 型 曲 面 网 板 的 水 动 力 性 能 序 号. 表 块 模 型 网 板 各 因 素 的 配 合. 网 板 折 角 ( ) 后 退 角 ( ) 展 弦 比 ( ) Ⅰ Ⅰ Ⅰ. Ⅱ Ⅱ Ⅱ. Ⅲ Ⅲ Ⅲ. Ⅰ Ⅱ Ⅲ. Ⅱ Ⅲ Ⅰ. Ⅲ Ⅰ Ⅱ. Ⅰ Ⅲ Ⅱ. Ⅱ Ⅰ Ⅲ. Ⅲ Ⅱ Ⅰ. 结 果 与 分 析. 第 一 阶 段 由 于 立 式 型 曲 面 网 板 常 用 工 作 冲 角 为, 为 此 根 据 第 一 阶 段 的 试 验 结 果, 选 择 冲 角 时 的 试 验 数 据 进 行 分 析 判 断 网 板 水 动 力 性 能 的 主 要 指 标 是 网 板 的 升 阻 比, 同 时, 也 不 能 忽 视 升 力 系 数 的 重 要 作 用 表 为 重 点 考 察 网 板 升 阻 比 的 正 交 试 验 分 析 表 表 中 直 接 以 升 阻 比 的 绝 对 值 作 为 评 分 标 准, 并 计 算 各 水 平 的 评 分 之 和 以 及 极 差 序 号. 表 冲 角 时 正 交 试 验 ( 考 察 指 标 为 升 阻 比 ) 图 网 板 模 型 安 装 示 意 图.. ( -- ) 网 板 折 角 ( ) 后 退 角 ( ) 展 弦 比 ( ) 升 力 系 数 阻 力 系 数 升 阻 比 -- Ⅰ Ⅰ Ⅰ.... Ⅱ Ⅱ Ⅱ.... Ⅲ Ⅲ Ⅲ.... Ⅰ Ⅱ Ⅲ.... Ⅱ Ⅲ Ⅰ.... Ⅲ Ⅰ Ⅱ.... Ⅰ Ⅲ Ⅱ.... Ⅱ Ⅰ Ⅲ.... Ⅲ Ⅱ Ⅰ.... Ⅰ... Ⅱ... Ⅲ... 极 差... 比 较 次 试 验 结 果 可 以 看 出, 第 二 号 试 验 ( 号 网 板 ) 效 果 最 好, 升 阻 比 达., 阻 力 系 数 仅., 优 于 其 它 次 试 验 但 升 力 系 数 不 高, 仅 为. 从 极 差 的 大 小 可 以 看 出 影 响 网 板 水 动 力 性 能 的 最 重 要 的 因 素 是 网 板 板 面 折 角, 其 次 是 展 弦 比, 后 退 角 的 影 响 最 小 其 可 能 的 最 好 配 合 是, 即 网 板 的 板 面 折 角 为 展 弦 比 为. 后 退 角 为 从 个 因 素 的 评 分 结 果 来 看 网 板 板 面 折 角 和 展 弦 比 的 变 化 范 围 没 有 选 偏, 分 别 为 和., 网 板 的 后 退 角 似 乎 是 越 小 越 好 由 于 后 退 角 的 影 响 相 对 较 小, 因 此, 可 以 认 为 板 面 曲 率 为
水 产 学 报 卷 % 时, 立 式 型 曲 面 网 板 的 较 佳 配 合 型 式 为. 第 二 阶 段 根 据 第 一 阶 段 的 试 验 结 果, 我 们 按 配 合 形 式 设 计 号 网 板 模 型 号 网 板 与 号 网 板 水 动 力 性 能 的 比 较 从 表 和 图 可 以 看 出, 在 常 用 冲 角 范 围 内, 号 网 板 的 升 力 系 数 明 显 高 于 号 网 板, 当 冲 角 为 和 时, 号 网 板 的 升 力 系 数 分 别 为. 和., 而 号 网 板 则 分 别 为. 和. 另 外, 当 冲 角 为 时, 号 网 板 的 升 力 系 数 与 冲 角 时 相 同, 仍 为. 但 是, 号 网 板 的 升 阻 比 低 于 号 网 板 当 冲 角 为 时, 升 阻 比 为., 而 号 网 板 则 为. 的 一 般 而 言, 网 板 的 升 阻 比 是 评 价 网 板 效 率 的 重 要 指 标, 而 网 板 的 升 力 系 数 则 是 决 定 网 板 扩 张 力 的 关 键 表 号 网 板 和 号 网 板 水 动 力 性 能 系 数 对 照 表 图 号 网 板 和 号 网 板 水 动 力 性 能 对 比 曲 线...... 网 板 模 型 α 号 网 板. 号 网 板......... /............ /.... 由 试 验 可 见, 最 理 想 的 网 板 应 该 是 升 阻 比 和 升 力 系 数 都 越 大 越 好 然 而 在 同 类 型 网 板 条 件 下, 要 想 做 到 兼 顾 两 者, 难 度 比 较 大 号 网 板 尽 管 升 阻 比 最 大, 但 是, 其 升 力 系 数 低 于 所 有 试 验 网 板 而 号 网 板, 虽 然 升 阻 比 低 于 号 网 板, 但 是, 由 于 其 升 力 系 数 明 显 高 于 号 网 板 和 其 它 试 验 网 板 ; 同 时, 当 冲 角 为 和 时, 升 力 系 数 都 稳 定 为., 因 此, 该 网 板 工 作 稳 定, 扩 张 性 能 好, 是 一 种 水 动 力 性 能 较 佳 的 网 板 添 加 模 拟 海 底 后 号 网 板 水 动 力 性 能 的 变 化 添 加 模 拟 海 底 以 后, 号 网 板 水 动 力 性 能 的 变 化 见 图 和 表 从 图 和 表 可 以 看 出 :( ) 添 加 模 拟 海 底 以 后, 号 网 板 的 临 界 冲 角 减 小 为 ( ) 在 常 用 工 作 冲 角 范 围 内, 号 网 板 的 升 力 系 数 有 明 显 提 高, 当 冲 角 为 和 时, 升 力 系 数 分 别 由. 和. 提 高 为. 和. 由 此 可 见, 图 加 和 不 加 模 拟 海 底 号 网 板 水 动 力 性 能 变 化 曲 线..
期 王 明 彦 等 : 立 式 型 曲 面 网 板 的 水 动 力 性 能 表 加 模 拟 海 底 和 不 加 模 拟 海 底 号 网 板 水 动 力 性 能 系 数 对 照 表.. 网 板 模 型 无 模 拟 海 底 加 模 拟 海 底 冲 角 α 该 网 板 在 底 层 作 业 时 的 性 能 优 于 中 层 作 业, 并 能 持 续 保 持 较 高 的 扩 张 性 能 ( ) 号 网 板 最 大 的 升 阻 比 从. 减 小 为. 但 无 论 加 和 不 加 模 拟 海 底, 显 示 最 大 升 阻 比 的 冲 角 都 在 以 下, 均 比 显 [ ] 示 最 大 升 力 系 数 的 冲 角 小 在 常 用 工 作 冲 角 范 围 内, 网 板 升 阻 比 略 有 上 升, 但 冲 角 为 时, 升 阻 比 几 乎 保 持 不 变, 为. ( 图 ) ( ) 压 力 中 心 系 数 几 乎 保 持 不 变, 当 网 板 冲 角 为 ~ 时, 仅 略 有 下 降, 也 就 是 说 压 力 中 心 点 的 位 置 略 有 前 移 ( ) 在 临 界 冲 角 前, 网 板 的 力 矩 系 数 略 有 上 升 如 冲 角 为 时, 力 矩 系 数 从. 上 升 为. 要 的 因 素 是 网 板 板 面 折 角, 其 次 是 展 弦 比, 后 退 角 的 影 响 相 对 较 小 当 网 板 的 板 面 曲 率 为 % 时, 其 水 动 力 性 能 较 佳 的 配 合 型 式 是 网 板 板 面 折 角 为, 展 弦 比 为., 后 退 角 为 该 网 板 的 升 阻 比 虽 小 于 号 网 板, 但 升 力 系 数 明 显 高 于 号 网 板 和 其 它 试 验 网 板 ; 同 时, 当 冲 角 为 和 时, 升 力 系 数 都 稳 定 为., 因 此, 该 网 板 工 作 稳 定, 扩 张 性 能 好 是 一 种 水 动 力 性 能 较 佳 的 网 板 ( ) 添 加 模 拟 海 底 后, 号 网 板 的 临 界 冲 角 减 小 为 可 见 立 式 型 曲 面 网 板 在 底 层 作 业 时, 其 工 作 冲 角 可 小 于 中 层 作 业 时 的 冲 角 根 据 这 次 试 验 结 果, 建 议 在 ~ 范 围 内 选 用 ( ) 添 加 模 拟 海 底 后, 在 常 用 工 作 冲 角 范 围 内, 网 板 的 升 力 系 数 有 明 显 提 高, 同 时, 升 阻 比 也 略 有 上 升, 但 冲 角 为 时, 其 升 阻 比 几 乎 保 持 不 变 当 冲 角 超 过 时, 则 升 阻 比 略 有 下 降 ( ) 在 临 界 冲 角 前, 添 加 模 拟 海 底 后 网 板 的 力 矩 系 数 略 有 提 高, 在 实 际 使 用 时 有 利 于 网 板 稳 定 参 考 文 献 : [ ],,. 图 号 网 板 升 阻 比 与 冲 角 的 关 系 曲 线.. 结 语 为 了 确 定 立 式 型 曲 面 网 板 的 最 佳 结 构 型 式 以 及 在 不 同 工 况 条 件 下 的 水 动 力 性 能, 研 究 先 后 采 用 正 交 优 选 法 以 及 添 加 模 拟 海 底 方 法 来 进 行 试 验, 试 验 的 结 果 证 明 : ( ) 在 网 板 板 面 折 角 展 弦 比 和 后 退 角 个 因 素 中, 影 响 立 式 型 曲 面 网 板 水 动 力 性 能 的 最 重 [ ].,, ( ): -.[ 松 田 皎, 胡 夫 祥, 石 泽 聪. 湾 曲 型 オッタ-ボ-ド の 流 体 特 性 [ ]. 日 本 水 产 学 会 志,, ( ): -.] [ ],,,. [ ].,, (): -.[ 朴 仓 斗, 松 田 皎, 胡 夫 祥, ら. 反 り 比 の 共 なる 湾 曲 板 の 流 体 特 性 に 及 ぼす 底 面 の 影 响 [ ]. 日 本 水 产 学 会 志,, ( ): -.] [ ],,. [ ].,, ( ): -.[ 朴 仓 斗, 松 田 皎, 胡 夫 祥. 纟 从 湾 曲 型 オッタ-ボ-ドの 扬 抗 力 特 性 に 及 ぼす 上 反 角 および 后 退 角 の 影 响 [ ]. 日 本 水 产 学 会 志,, ( ): -.]