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(华中科技大学 船舶与海洋工程学院，武汉 430074)

帆板动力主要来源于风力和水流的联合作用。在外部自然条件和规定的板型情况下，帆板的初始静浮态和运动姿态是决定运动状态的关键因素，因此，试图通过试验寻求帆板姿态与其运动性能之间的规律，找出最佳状态提供给运动员作为操控帆板的依据。在外力作用下，帆板运动是一种不稳定的多自由度的耦合运动。帆板在前进的过程中会产生升沉、转首、俯仰等复合运动。建立固定在帆板上的直角坐标系，帆板在运动过程中的受力见图1。

T-帆板受到的阻力;N-横向力;Za-垂向升沉;Mz-绕z轴的转矩;θ-帆板的纵倾角;φ-帆板横倾角图1 帆板运动时受力示意图

精确测试帆板的受力状况和运动姿态是试验研究的关键。常规的试验方法是加各种约束，将复杂运动分解为单一运动，即分成若干个不同的试验来完成，如：阻力试验、强制横倾试验和强制纵倾试验，载荷测试等。这样的试验不仅费时费力，关键是忽略了各自由度运动之间的耦合影响而导致测试结果失真。

多自由度测量系统装置由转角机构、升降随动系统和三分力天平三大部分组成，该装置集模型拖带、运动姿态测试和动力测试于一体，可真实模拟帆板的复合运动。

1 系统装置工作原理及功能

船舶多自由度水动力测量系统装置是由转角机构、三分力天平传感器、升降随动系统、超声波测距仪和倾角仪等组成，见图2。

图2 多自由度测量系统装置示意图

1.1 转角机构

转角机构与帆板之间采用的是万向连接，以保证帆板能绕X轴、Y轴自由转动。根据试验需要调整帆板的压载，改变帆板的初始纵倾角或横倾角，测量出不同纵倾角和横倾角组合的情况下帆板的运动性能，并找出最佳的纵倾角和横倾角组合。

表1 帆板不同状态下的试验测试结果

1.2 三分力天平

该天平[1]可同时测量运动物体的阻力、横向力和绕垂直轴的转矩，并且这种结构干扰小，加工方便。

天平静校。采用最小二乘法原理求出各主系数和干扰系数[2]。

1.3 升降随动系统

为了保证物体在水动力的作用下能自由升沉，随动装置中共有8个可调轴承，其中升沉杆轴向4个平面互相垂直，杆与轴承之间最小可调到0.05 mm。当速度稳定后，随动装置起到天平固定点的作用，在升沉杆上端装一块平板，用超声波测距仪测出升沉距离。升沉杆垂直于水面，通过装置下端转角机构与帆板重心连接，以保证帆板运动时测量的真实性。

1.4 装置技术特点

通过转角机构、升降随动系统和三分力天平，将传统的单一测试改变为综合测量，反映了帆板的真实运动，保证了试验数据的可靠和精度，并且大大缩短试验时间。该套装置可测量物体在静水中的运动性能，亦可用于物体在波浪中的运动响应，安装十分方便。

2 帆板试验结果

新型帆板排水量90 kg，总长2.92 m，最大宽0.922 m。

帆板试验主要内容是改变帆板的初始纵倾角或横倾角，测量不同速度时的阻力、横向力、扭矩、升沉及纵倾角和横倾角，帆板速度为6.0 m/s时不同状态的试验结果见表1。

3 结论

1) 新型帆板随着静止纵倾角的加大，其阻力也增大，这一结论与传统的米斯特帆板特性一致。

2) 帆板静态纵倾角大，升沉值也大，与实艇操纵结果一致。

3) 横倾角变化对帆板阻力影响不大，该特性优于米斯特帆板。

多自由度测量系统装置真实地模拟了帆板的复合运动，测试数据精确可靠。该装置在测试物体运动姿态的同时还可测量其横向力和绕帆轴转矩，弥补了适航仪只能测运动姿态的不足。

[1] 郝亚平.船舶性能试验技术[M].北京：国防工业出版社，1991.

[2] 邵世明，赵连恩，朱念昌.船舶阻力[M].北京：国防工业出版社，1995.