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海军部
大卫泰勒模型水池
华盛顿特区
ARD-12级浮船坞坞门模型的自由落体实验
M.Gertler
大卫泰勒模型水池
桑德斯上校阁下
流体力学 空气力学 结构力学
Comdr. L.S. Chambers, USN
C.J. Wenzlnger
HEAD AERONAUTICAL ENGINEE
Comdr. E.R. Tilburne, USN
E.H. Kennard, P hD .
CHIEF PHYSICIST
Capt. R.A. Hinners, USN
D.F. Windenburg, PhD .
CHIEF PHYSICIST
工程设计 报告、记录和翻译
M.L. Dager
SENIOR LIBRARIAN
M.C. Roemer
TECHNICAL EDITOR
Comdr. L. W.Shallenberg, USNR
G.A. DeShazer
HEAD MECHANICAL ENGINEER
人员
该项目由流体力学部门阻力部的M. Gertler管理。这份报告是由
Mr. Gertler写的，由C.E. Janes负责检查。
本文中所用符号及单位
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符号 |
描述 |
单位 |
量纲 |
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扭转弹簧常数 |
磅英尺/弧度 |
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固有频率和阻尼 |
周/秒 |
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单位角速度扭转阻尼扭矩 |
磅/秒弧度 |
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临界扭转阻尼常数 |
磅/秒弧度 |
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有效惯性矩 |
斯勒格/平方英尺 |
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扭矩 |
磅/英尺 |
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周期 |
秒 |
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时间 |
秒 |
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一阶振幅最大值 |
弧度 |
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二阶振幅最大值 |
弧度 |
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坞门在水中的重量 |
磅 |
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坞门的重量 |
磅 |
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从铰链到重心的距离 |
英尺 |
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角速度 |
弧度/秒 |
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从垂直方向测量的门的角位移 |
弧度 |
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弹簧的总角位移 |
弧度 |
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由门的重量产生的弹簧的角位移 |
弧度 |
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水平方向的门角，从垂直向逆时针测量 |
弧度 |
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门的初始角度，从垂直方向顺时针测量 |
度 |
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水平方向的门角，从垂直向顺时针测量 |
度 |
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门的最终角度，从垂直方向顺时针测量 |
度 |
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对数减量 |
数 |
目录
ARD-12级浮船坞坞门模型的自由落体实验
摘要
本文介绍并评估了在ARD12级浮船坞的船尾坞门模型上进行的三个系列测试中获得的数据。在第一系列测试中，确定了在各种船坞吃水下坞门自由落体时的角速度。在第二系列测试中，推导出了自由下落的坞门在水平位置上的动能值。在第三个系列测试中，研究了在坞门的顶部添加鳍片的效果。
对坞门在水中和真空中自由下落时影响坞门的角速度和动能的因素进行了比较。
绪论
海军的造船厂和船坞管理局设计并建造了若干适合快速运输的大型浮式干船坞，适合快速运输，并在高级舰队基地随时待命。这些船坞具有船型船体，其内部形成了坞室。
只有船尾的一个门可以进入坞室。该闸门在底部铰接，关闭时形成防水屏障。通过将水从坞室、翼墙箱和多孔双层底舱内泵出来提升船坞高度。坞门通过连接在其上部边缘两侧的两个卷扬链条来打开和关闭。
这些船坞的等级是ARD12级，全长488英尺7英寸，有一根81英尺的横梁，从基准线到翼墙甲板的深度有38英尺，以及大约5600吨的起重能力。这些船坞的大门有61英尺宽，25英尺深，总重量约为34吨。
在这些坞门的操作过程中，当卷扬链被移走时发生了几次故障，坞门自由下落，获得了足够的动量，使其在允许的活动范围之外摆动，并折断了铰链。为防止此类故障再次发生，船厂和船坞局希望设计一种由重型钢缆和弹簧缓冲器组成的紧急停止装置。当坞门从关闭的位置跌落时，该装置能够在坞门运动到水平位置时将其停止。
该装置所需的钢缆和配件的尺寸取决于门在其自由落体时获得的动量或动能。对于在空气中打开门，这些量可以很容易地通过理论计算得出，因为空气的阻尼作用是很小的。然而，水的阻尼作用是非常大的，以至于使问题变得更加复杂。确定这种阻尼作用的最简单方法是进行模型测试。
为了达到这一目的，造船厂和船坞部门要求大卫泰勒模型水池[1]*进行模型试验。本报告描述了这些测试的结果和分析。
测试设置和程序
这些测试是在一个1:20比例的模型上进行的。坞门的模型由金属板制成，与原型在尺寸、形状、重量和结构等方面类似。如图1所示，门是由背部的钢梁和两个侧板和一个顶板组成的弧形板组成的。坞门的内侧边缘紧靠着安装在码头翼壁上的橡胶垫圈，以形成防水密封。当船坞被淹没时，大梁上有孔让大门内的水自由循环。模型闸门安装在模型船尾部分，模型船尾截面与全尺寸干船坞的同等部分等效。模型的尾部部分，包括内部和外部，构造与原型相似。一个半圆形的刻度盘，被纵向固定在船尾部的右舷墙上，而圆的圆心在门的旋转轴上。在右舷墙的外侧标出了门的铰链的共同中心，使得通过该点的直线和门正面顶部的交点将精确地指示门的角位置。图2显示了右舷墙，门和标尺的布置。
包含坞门的船尾部分被放置在泰勒模型水池的透明水槽内，船坞侧面与水柜的壁平行。为了记录坞门的移动，在水槽的槽壁上放置了一个动作摄影机。时间记录由带有旋转面的时钟提供，以百分之一秒为单位进行校准。时钟的图像通过辅助镜头叠加在胶片的每一帧上。 图3显示了获得的记录样本。
*括号中的数字表示本报告第18页的参考文献。
图1a - 视图显示坞门模型的弯曲前表面和加强的侧面
图1b - 视图显示坞门模型的内部结构
图1 – 坞门模型的照片
图2-用于测试的右舷墙、门和标尺的布置
图3-水槽中获得的数据记录示例，显示门和时钟的瞬时位置
和记录时间的时钟
在第一系列测试中，其目的是为了获得角速度，坞门抵靠垫片的关闭位置自由落下，直至其铰链垂直悬挂的位置。这些测试在相当于30、25、20、15和10英尺吃水*的船坞上反复进行，坞门两侧的水位相等。
在第二轮测试中，坞门门被一根1/16英寸的钢缆悬挂在门的一侧。将一根弹簧插入电缆的顶部，并将其钩在连接在透明水槽顶部的一块4英寸times;4英寸木块的垫板孔上。 调整电缆，使弹簧不会受到拉力，直到门达到水平位置，即门可以从其紧靠垫圈的关闭位置自由落到水平位置**，用运动摄影机记录了弹簧振荡的几个周期。这些测试是在一个相当于有30英尺吃水的船坞里进行的，然后在空气中进行自由落体实验。
后来进行了第三系列测试，以确定添加通常投影在门的后表面或前表面的顶部并且横向延伸到门的近似宽度的单个鳍片的效果。为了达到这个目的，设计了两个相同尺寸的鳍。第一个鳍是用一块实心的黄铜薄板做的，另一种是表面上有小孔的黄铜薄板，小孔在模型上直径大约是0.07英寸。这些鳍分别称为Fin1和Fin2。如图4所示，门的顶部有三个通过鳍上的孔的柱螺栓。这些螺柱有螺纹以便于更换翅片。与以前的一系列测试一样，配备这些翅片的门可以在一个相当于有30英尺吃水的船坞尾部自由落下。
*吃水从码头的基准线测量。
**当坞门的内部边缘水平时，坞门处于水平位置，按照第三页的解释来测量此位置的角度为103度。
图4 - 示意图显示鳍附着在门的顶部（所有尺寸均为全尺寸等效。）
数据呈现
表7中显示了模型和原型坞门的特征和尺寸。
在图5、6、7、8和9中，第一系列测试的数据被绘制成角位移。这些曲线，以及角速度和角加速度的导出曲线，都在船舶尺寸中体现。这些曲线的值是通过根据弗鲁德的相似定律利用模型中获得的数值得到的。在图10中，为两个装不同鳍片的坞门的角速度曲线进行了比较。
第二系列试验的数据如图11所示，为不同刚度弹簧的弹簧振动曲线。这些曲线用于分析，并绘制在模型尺寸中。图12给出了类似的配备有鳍片的坞门曲线。
这些数据的详细分析见附录1,2和3; 根据数据计算的结果将在“结果讨论”中找到。
表格1
艉门的特点和尺寸
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模型 |
原型 |
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门在空气中的重量（磅） |
9.516 |
76128 |
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门在水中的重量（磅） |
7.69 |
61520 |
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从铰链中心到重心的距离，沿着通过铰链 全文共8344字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[16031]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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