当一艘新舰设计图纸出来后,为什么一定要按实物原型按比例做一具模型?它意味着什么?

一杯清茶张


简单点说,这些舰艇模型是用来做试验以获得流体力学、舰艇线型等各种数据,建立数据库和数学模型;通过试验获得数据,去验证技术可行性和先进性。说句实话,舰艇模型是小,给模型做试验的设施和装备才是高技术含量和大问题,比如说试验水池、风洞等等。

一般情况下,当一型新舰艇设计出来后,要按比例制作实物模型,然后拿去试验水池做试验,以进行水动力试验,这不仅仅是军用舰艇(水面战舰和潜艇)如此,大型民用船舶也如此。比方说,大家经常听到的“马士基Triple-e”型集装箱船在设计完毕之后,也进行了船模拖曳水池试验,以验证设计的合理性。

这里你就需要了解船模试验水池的意义和分类,就此也就能明白船模是在这里干什么。船模试验水池大致可以分为“耐波性水池和风浪水池”,用来研究研究舰艇的耐波性,这个时候就是将船舶模型置于装备“造波机”的耐波性水池中,模拟海洋波浪情况,验证船体的耐波性能。“造波机”见下面动图:

还有比较常见的拖曳水池是主要用来研究船舶的快速性和阻力试验,在拖曳水池中进行阻力试验时,由拖车拖动船舶模型运行,而流体相对不动,以验证船模相对于流体做相对运动时的作用力;此外阻力试验也可以在循环水池中进行,此时流体运动而船模不动。

除了上述船模试验,还有旋臂水池、回转水池等用来验证船舶模型的操纵性,此时的船模不再是用拖车拖动的无动力模型,而是需要具备航行能力的自航船模。另有研究空泡性和尾流的空泡试验水筒及其他特殊研究用的消声水池、出入水水池等。

所以说船舶模型的主要作用就是用来做试验,获取数据,建立数据库和数学模型,开发方程式,验证设计合理性用的。每一型船模水池试验留下的数据都是未来新设计舰船的宝贵经验参数,而船模试验的结果则决定你本次设计是否合理和具备可行性。所以船模不起眼,但是其搭配各种实验设备、传感器、试验设施进行试验的背后,则隐藏着巨大的科学技术鸿沟。比方说,现在世界上规模最大、最先进的船舶研究、工程验证、建模测试设施仍然是美国的David Taylor船模水池(泰勒水池),见下图:

该船模试验中心的开发建造以及获取的经验数据和以此建立的各种数学模型、方程式等,时至今日仍然在世界各国舰艇设计中得到应用,比方说下面一篇研究潜艇大机动论文在数学建模时,仍然要以美国泰勒水池开发的数学方程为基础:


卫青点兵


现代因为有计算机辅助设计,模型的重要性已经没有这么大了,但是在做水池、风洞试验时,仍然还需要有实体的模型。

而在现代以前,从风帆时代开始,实际上在舰船设计的过程中,就要制做相应的模型,而且不止一具,在不同阶段会有很多不一样用途的模型。其最主要的原因还是纸上的图不够直观。下面列举一些比较常见的模型,仅供参考。

一、肋骨模型。

即根据实船的骨架设计做出来的只有龙骨和肋骨等基础结构的模型,主要用于直观观察船型设计的好坏,以及各个肋位截面的形状是否合适,还有肋距(肋骨之间的间距)的排布是否合适。

二、剖面/透视模型。

(巴黎海军博物馆展出的一件剖面模型,可以直观地观察该船的内部部局设计)

即一面是完整的船壳和布局,而另一面切开,以体现船体内部构造的模型。主要用于直观观察舰船内部的舱室分布等设计。

三、全外观模型。

(清末巡洋舰“海容”级的原厂模型,类似于船东模型。这类模型基本就是实船的缩小再现,是最具观赏性的模型。拍摄:陈悦)

是各种舰船模型中最好看的一种,如同用缩小灯把真船缩小了一般,船上各种细节事无巨细都要一一如实。这种模型主要是为了确定舰船的总体布置,便于直观观察和讨论、修改。

同时一经确定,也会作为赠送给船东的船东模型,以及工厂、设计室留存的方案模型,而这种模型基本上也就代表了这艘军舰的外观模样,可以拿来和实船的进行对照。

四、生产设计模型。

(法国洛里昂博物馆展出的当地船厂用于辅助生产设计的白模。拍摄:陈悦。)

(工程师们利用白模进行设计的场景)

这种模型比较特殊,通常是白模。因为金属船(铆接、焊接之类)在设计完成后准备建造时,需要进行投料,也就是需要准备一张张合适的船板。如何将一艘整体的船,合理分解为一张张不同外形、尺寸的船板,以便工厂进行材料的剪裁准备,这在没有电脑辅助设计的年代是个非常繁琐头疼的事情。用于生产设计的模型,就是将船体外观做出很大的白模,工程师们在这个模型上进行测量、比划、标记,以此来辅助计算,以便完成用于具体投料、放样的生产图纸的细化绘制。


除上述之外,还有用于水池试验的模型(测试稳性、阻力等)。

另外还有一种外界不大容易见到的特殊舰船模型,即1:1的局部模型。现代舰船的一些重要舱室,为了确定布局,乃至于确定线缆布置等,有时会把整个舱室内部制作成1:1的模型,以便直观地分析、确定。


海研会


这属于舰艇技术开发的一个重要一个部分,所谓的图纸实际上只能算是一个数学模型,虽然有关的设计对各方面影响可以在计算机系统当中进行模拟计算,这种模拟只能模拟一部分情况,不能满足设计的全部要求,所以在完成基本设计,形成外观之后,会制作成一定比例模型,进行进一步的测试,比如在风洞内进行外观吹风的测试,以及在雷达暗室中进行雷达反射效果的测试,在放到模拟海洋环境的水池当中进行试验。

在军事装备研发中,制作模型不是为了外观好看,向大家赶紧展示其设计,而是作为测试之用,还不会仅制作一个两个模型,可能会制今晨不同的模型,来进行大量的测试工作,在现代技术开发当中属于很正常的现象,大概多少个模型,经过大量结果测试之后,才能选出最后的标准设计,这是一个很正常的现象,并不是什么意外。


浴火


所有制造业都是这样。


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