拖曳水池
正文
水動力學實驗的一種設備，是用船舶模型試驗方法來了解船艦的運動、航速、推進功率及其他性能的試驗水池,試驗是由電動拖車牽引船模進行的,因而得名（見彩圖）船舶、潛艇、魚雷、滑行艇、水翼艇，氣墊船、沖翼艇、水上飛機和各種海洋結構物等都可在水池中作模型試驗。 1872年英國造船學家W.弗勞德在英國托基(Torquay)創建了世界上第一座船模試驗水池。一百多年來世界各國相繼建造的拖曳水池已有150餘座,池長超過一百米的約占半數。中國於1954年在上海建成第一座水池，長70米，寬5米，水深2.5米。中國船舶科學研究中心於1965年在無錫建成大型水池，長474米，水深7米，試驗段池寬14米。水池結構 拖曳水池池體為鋼筋混凝土結構，一般為矩形（見圖）。在兩邊池壁上鋪設軌道，拖車在軌道上行走。拖車由直流電動機驅動拖曳船模進行試驗。對拖曳速度實行自動控制，保持速度精度0.3‰～1‰。水池橫剖面面積（池寬×水深）應超過船模水線以下中央橫剖面面積250倍,池壁效應方可忽略不計。水池長度根據拖車最高速度而定，包括拖車的加速段、等速段和減速段的距離。為模擬淺水航行，池底要平坦，水深可調節。 在水池的一端裝有可在水池中產生規則和不規則長峰波的造波機。通過測量船模在波浪中的縱向迎隨波浪運動特性參數，可研究船模的耐波性能。
船模外形必須同實船幾何相似，可選用蠟、木、玻璃鋼或塑膠等材料。為了避免在層流狀態中做船模試驗，須採用激流措施。常規方法是在離船模艏柱後為船艏柱和艉柱之間的長度)處裝置一根直徑為1毫米的金屬絲；也可採用一排短釘來激流。
20世紀70年代初期，荷蘭建成一座大型變壓拖曳水池。水池建於密封的結構物內，室內空氣可以調節，氣壓低達0.03大氣壓（1大氣壓=101325帕）。這樣，船模可在同實船相等的空泡數（見空化）下進行試驗。
試驗示例 為了保證船舶和艦艇的航行性能，必須在拖曳水池中進行各種模型試驗。
船模阻力試驗 用拖車等速拖曳船模，用阻力儀測量船模遇到的阻力，這種試驗稱為阻力試驗。將阻力試驗結果按弗勞德定律換算成相當速度下的實船阻力，再乘以航速即可算出實船的有效馬力。
做潛艇和魚雷的阻力試驗時，由於阻力儀是由伸入水中的支桿(劍)和模型連線的，測得的阻力也就包括劍阻力在內，必須扣除。為了減小劍阻力，避免波和飛濺的干擾以提高試驗精度，必須在水面處給劍罩上導流罩。如果採用將測力元件安裝在模型上的電測阻力儀，則測得的阻力不包括劍阻力。
螺鏇槳敞水試驗 把模型螺鏇槳安裝在敞水試驗箱的前端，箱內的電動機通過螺鏇槳動力儀轉動螺鏇槳。等速拖曳敞水箱，系統地改變轉速，或轉速不變，系統地改變進速vp，由動力儀測量螺鏇槳的推力T,扭矩Μ，記錄速度v和轉速n，算得各個進速係數J＝v/nD下的推力係數CT＝T/ρn2D4，扭矩係數CM＝Μ/ρn2D5（ρ為水的密度,D為槳直徑）和螺鏇槳敞水效率。這種試驗稱為螺鏇槳敞水試驗。據此繪成的螺鏇槳敞水特性曲線，可供設計者使用。
船模自航試驗 把模型螺鏇槳安裝在帶附屬檔案的般模艉後面，模擬實船航行狀態，稱為船模自航試驗。試驗時，由裝在船模內的電動機通過螺鏇槳動力儀轉動螺鏇槳推動船模前進；測量螺鏇槳推力T、扭矩Μ、同時記錄速度v,螺鏇槳轉速n和強制力Z(強迫自航時)。由於實船的雷諾數遠較船模相當速度的雷諾數大，故船模摩擦阻力係數比實船大，亦即船模自航時的螺鏇槳負荷係數比實船大。在純粹自航試驗時，必須在船模上附加一拉力（此拉力等於摩擦阻力修正值Ra，強迫自航時可在強制力Z中扣除Ra）,才能使船模的自航狀態完全對應於實船的航行狀態。將試驗結果連同船模阻力試驗資料和螺鏇槳敞水實驗資料進行綜合分析，求出伴流分數w,推力減額t，以及其他有關係數,就能掌握船體與螺鏇槳的相互作用，預報實船在各種速度時的主機功率和推進性能。
其他試驗 水上飛機在起飛階段的模型試驗與滑行艇試驗方法相似，但在起飛過程中，因為有空氣動力的作用，水動力作用減小，故試驗時必須相應地加一向上拉力，以代替機翼的舉力。為了模擬飛機降落狀態，也可做飛機模型的撞水試驗。
在拖曳水池中，還可觀察和拍攝流線並對流態進行錄像，也可測量船模的興波,以計算興波阻力。此外,可利用多孔皮托管或雷射測量船艉或螺鏇槳盤面上各點的流速，計算出船艉伴流分布情況；如在拖車上設定平面運動機構，則可進行船模運動性能試驗。近年來，有些水池在主拖架下裝一橫向可移動的小車架，主車架前進時,小車架可拖曳船模作橫向運動。這種車架稱為X-Y車架，用它可按照預定航行軌跡作船模的操縱性試驗。
