劉 健，黃洪亮，吳 越，陳 帥，李靈智，饒 欣，楊嘉睴，屈泰春

展弦比和最大相對(duì)彎度對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響

劉 健，黃洪亮，吳 越，陳 帥，李靈智，饒 欣，楊嘉睴，屈泰春

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院海洋捕撈工程技術(shù)研究中心，上海 200090）

為了研究展弦比和最大相對(duì)彎度對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響，通過(guò)水槽模型實(shí)驗(yàn)分析網(wǎng)板臨界沖角（α0）、最大升力系數(shù)（CLmax）、臨界沖角時(shí)的升阻比（Kα0）和最大升阻比（Kmax）等主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：1）展弦比對(duì)CLmax、Kmax和 Kα0值的影響極顯著（P＜0.01），對(duì) α0無(wú)顯著影響（P＞0.05）。隨著展弦比的增加，CLmax和 Kmax呈上升趨勢(shì)，Kα0呈先升后降趨勢(shì)，λ＝2.0時(shí) Kα0值相對(duì)較高。隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對(duì)彎度為12%和14%）和上升（最大相對(duì)彎度為8%）趨勢(shì)。最大相對(duì)彎度為10%時(shí)，α0在27.5°～30°間波動(dòng)變化，趨勢(shì)線基本保持水平。2）最大相對(duì)彎度對(duì)CLmax和Kmax值的影響極顯著（P＜0.01），對(duì) α0值的影響顯著（0.01＜P＜0.05），對(duì) Kα0無(wú)顯著影響（P＞0.05）。展弦比和最大相對(duì)彎度兩者間交互項(xiàng)對(duì)Kα0影響極顯著（P＜0.01），而對(duì)CLmax和Kmax無(wú)顯著影響（P＞0.05）。隨著最大相對(duì)彎度的增加，CLmax和α0呈上升趨勢(shì)，Kmax呈下降趨勢(shì)。綜合考慮拖網(wǎng)網(wǎng)板的水動(dòng)力學(xué)性能，實(shí)際應(yīng)用中建議立式雙弧面網(wǎng)板最大相對(duì)彎度設(shè)計(jì)為12%，展弦比設(shè)計(jì)為2.0，此時(shí)網(wǎng)板的主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)均為前40%水平，具有最大升力系數(shù)和最大升阻比相對(duì)較高、阻力系數(shù)較低的優(yōu)點(diǎn)。

南極磷蝦；拖網(wǎng)網(wǎng)板；水動(dòng)力性能；模型實(shí)驗(yàn)

目前中國(guó)從事南極磷蝦商業(yè)化開(kāi)發(fā)的規(guī)模日益擴(kuò)大，但在南極磷蝦專用拖網(wǎng)網(wǎng)板的基礎(chǔ)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在一定的差距［1］。拖網(wǎng)網(wǎng)板是拖網(wǎng)漁船實(shí)現(xiàn)拖網(wǎng)水平擴(kuò)張的重要構(gòu)件，其水動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)劣是影響漁獲量和捕撈效率的重要因素［2－5］。針對(duì)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的研究普遍采用模型試驗(yàn)或數(shù)值模擬的方法［6－11］。日本學(xué)者在進(jìn)行網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試時(shí)主要采用循環(huán)水槽實(shí)驗(yàn)的方法［12－19］。國(guó)內(nèi)模型網(wǎng)板實(shí)驗(yàn)早期主要在風(fēng)洞設(shè)備中完成［2，20－24］，近年來(lái)逐漸開(kāi)始在水槽中開(kāi)展模型實(shí)驗(yàn)［25－30］。在以往的研究中，關(guān)注的焦點(diǎn)一方面是針對(duì)某具體型式網(wǎng)板開(kāi)展模型實(shí)驗(yàn)，作為網(wǎng)板

選型的依據(jù)。如對(duì)矩形“V”型曲面網(wǎng)板與矩形平面網(wǎng)板的性能比較研究［19］，以及分別針對(duì)近海小型單拖網(wǎng)漁船使用的“V”型網(wǎng)板［25］、小展弦比矩形網(wǎng)板［26］和大型中層拖網(wǎng)漁船使用的大展弦比立式曲面式［20］、立式曲面“V”型［27］和大展弦比立式曲面縫翼式網(wǎng)板［28］為主要研究對(duì)象的實(shí)驗(yàn)研究。另一方面是在完成網(wǎng)板選型后，為了優(yōu)化改進(jìn)性能，研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響。如展弦比［2，15－17，21－23，30］、單圓弧面彎度或曲率［1，15－17］、板面折角及其后退角［21］、導(dǎo)流板曲率及其縫口寬度［22－23］、開(kāi)縫數(shù)量及縫口結(jié)構(gòu)［1］、縫隙幅度及翼間隔幅度［30］等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)不同類型網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響。

根據(jù)南極磷蝦捕撈作業(yè)中目標(biāo)水層較淺、拖速較低、拖曳時(shí)間較短的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單延續(xù)使用原中層拖網(wǎng)作業(yè)時(shí)的網(wǎng)板會(huì)影響南極磷蝦捕撈效率和品質(zhì)［1，29］。立式雙弧面型網(wǎng)板通過(guò)內(nèi)部設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，降低網(wǎng)板在水中的重量，適用于南極磷蝦淺表水層拖網(wǎng)作業(yè)［29，31］，但其較佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置目前還不明確。本文對(duì)一種立式曲面雙弧面型網(wǎng)板進(jìn)行了水槽模型實(shí)驗(yàn)，分析了展弦比和最大相對(duì)彎度對(duì)拖網(wǎng)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響，探討高性能拖網(wǎng)網(wǎng)板的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)在東海水產(chǎn)研究所循環(huán)水槽中完成，水槽實(shí)驗(yàn)段尺度為180 cm×50 cm×50 cm，最大流速為2.5 m·s－1。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b于水槽實(shí)驗(yàn)段中部，通過(guò)連接桿連接實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃腿至鞲衅?。模型的迎流沖角通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。測(cè)量?jī)x器使用日本共和電業(yè)制造的LSM－B－500NSA1-P型三分力傳感器（量程500 N），測(cè)量數(shù)據(jù)由電腦記錄儲(chǔ)存。

圖1 循環(huán)水槽示意圖Fig.1 Model test conditions of otter board

1.2 模型網(wǎng)板

根據(jù)流體力學(xué)相似性原理，本實(shí)驗(yàn)采用雷諾相似準(zhǔn)則，即模型網(wǎng)板雷諾數(shù)等于實(shí)物網(wǎng)板雷諾數(shù)。模型網(wǎng)板為立式雙弧面型中空式結(jié)構(gòu)［31］，比例尺為1∶20。模型網(wǎng)板翼弦長(zhǎng)0.2 m，壁厚3 mm。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎昧Ⅲw光固化成型法（SLA，3D打?。┲谱鳎Ｐ途取?.1 mm，細(xì)節(jié)分辨率0.4 mm，最小壁厚1 mm，打印層厚0.1 mm，材質(zhì)為光敏樹(shù)脂復(fù)合材料。

模型網(wǎng)板參照雙因素實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，其中因素一為展弦比，因素二為最大相對(duì)彎度，共20個(gè)模型。展弦比（λ）為翼展長(zhǎng)l與翼弦長(zhǎng)b的比值。在網(wǎng)板內(nèi)部中空橫截面作一系列與內(nèi)外圓弧面相切的內(nèi)切圓，諸圓心的連線稱為網(wǎng)板的中弧線，最大內(nèi)切圓的直徑稱為網(wǎng)板厚度。最大彎度f(wàn)max為網(wǎng)板中弧線與翼弦之間的最大距離，最大相對(duì)彎度f(wàn)定義為網(wǎng)板最大彎度與翼弦長(zhǎng)的百分比。展弦比（λ）共設(shè)5個(gè)系列，分別為 λ＝1.6、λ＝1.8、λ＝2.0、λ＝2.2、λ＝2.4，以字母“A～E”表示。在保證網(wǎng)板厚度相同情況下，網(wǎng)板最大相對(duì)彎度設(shè)4個(gè)系列，分別為8%、10%、12%、14%，以數(shù)字“1～4”表示。即以編號(hào)C2表示展弦比λ＝2.0、最大相對(duì)彎度為10%的模型網(wǎng)板。

圖2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋M截面示意圖Fig.2 Experimental model otter board and its cross section diagram

1.3 實(shí)驗(yàn)工況

具體實(shí)驗(yàn)工況見(jiàn)表1，其中迎流沖角在15°～40°之間每 2.5°為一檔，在0°～15°和 40°～60°之間每5°為一檔。實(shí)驗(yàn)流速范圍為0.6～1.0 m·s－1，以 0.1m·s－1為一檔。

表1 實(shí)驗(yàn)工況Tab.1 Experiment condition

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)三分力天平記錄的阻力Fx和升力Fy，經(jīng)過(guò)支桿干擾修正，計(jì)算網(wǎng)板的阻力系數(shù)CD，升力系數(shù)CL和升阻比K。公式如下：

式中，ρ—流體密度（kg·m－3）；V—流速（m·s－1）；S—模型網(wǎng)板面積（m2）；Re—雷諾數(shù)；υ—流體運(yùn)動(dòng)粘度（m2·s－1）；b—特征長(zhǎng)度（m），此處取為翼弦長(zhǎng)度。

以網(wǎng)板的臨界沖角（α0）、最大升力系數(shù)（CLmax）、臨界沖角時(shí)的升阻比（Kα0）和最大升阻比（Kmax）作為表征拖網(wǎng)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的主要參數(shù)。使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件的一般線性模型（generalized linear model，GLM－Univariat）分析展弦比和圓弧最大相對(duì)彎度對(duì)拖網(wǎng)網(wǎng)板主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 自動(dòng)模型區(qū)

以C2模型網(wǎng)板（展弦比λ＝2.0、最大相對(duì)彎度為10%）為例，其升力系數(shù)、阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系如圖3所示。當(dāng)Re≥1.00×105時(shí)，升力系數(shù)和阻力系數(shù)基本保持不變，視為進(jìn)入自動(dòng)模型區(qū)，將自模區(qū)內(nèi)測(cè)得的升力系數(shù)（或阻力系數(shù)）取平均值，即得該模型在該沖角下的升力系數(shù)（或阻力系數(shù)）。本文所討論升力系數(shù)（或阻力系數(shù)）均為進(jìn)入自模區(qū)的升力系數(shù)（或阻力系數(shù)）平均值。

2.2 不同沖角下網(wǎng)板的水動(dòng)力學(xué)性能

如圖4所示，網(wǎng)板升力系數(shù)隨沖角的增加呈先升后降趨勢(shì)。網(wǎng)板阻力系數(shù)隨沖角的增加呈上升趨勢(shì)。網(wǎng)板升阻比隨沖角的增加呈先升后降趨勢(shì)。λ＝1.6時(shí)，CLmax＝1.504（A4，α0＝32.5°），Kmax＝3.690（A2，α＝0°），升力系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的臨界沖角 α0分別為 17.5°（A1）、22.5°（A2）、30°（A3）和32.5°（A4）。λ＝1.8時(shí)，CLmax＝1.368（B4，α0＝25°），Kmax＝4.119（B1，α＝5°），升力系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的臨界沖角 α0分別為20°（B1）、20°（B2）、25°（B3）和25°（B4）。λ＝2.0時(shí)，CLmax＝1.500（C4，α0＝22.5°），Kmax＝5.194（C1，α＝5°），升力系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的臨界沖角 α0分別為20°（C1）、20°（C2）、25°（C3）和22.5°（C4）。λ＝2.2時(shí)，CLmax＝1.517（D4，α0＝25°），Kmax＝5.015（D1，α＝5°），升力系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的臨界沖角 α0分別為 20°（D1）、25°（D2）、22.5°（D3）和 25°（D4）。λ＝2.4時(shí)，CLmax＝1.547（E4，α0＝22.5°），Kmax＝5.525（E1，α＝5°），升力系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的臨界沖角α0分別為22.5°（E1）、20°（E2）、22.5°（E3）和22.5°（E4）。

以λ＝2.0為例，詳細(xì)說(shuō)明不同沖角下網(wǎng)板升力系數(shù)和升阻比的變化趨勢(shì)。當(dāng)沖角α為0°～50°時(shí)，網(wǎng)板升力系數(shù) CLC4＞CLC3＞CLC2＞CLC1（其中 α＝0°時(shí)，CLC2＞CLC4＞CLC1；α＝40°時(shí)，CLC3＞CLC4＞CLC2；α＝50°時(shí)，CLC3＞CLC1＞CLC2）。升力系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)的臨界沖角α0分別為20°（C1）、20°（C2）、25°（C3）和22.5°（C4）。當(dāng) α為0°～17.5°時(shí)，升阻比 KC1＞KC3＞KC2＞KC4（其中α＝10°時(shí)，KC3＞KC4＞KC2）；當(dāng) α為 20°～30°時(shí)，升阻比 KC4＞KC3＞KC2＞KC1（其中 α＝20°時(shí)，KC3＞KC4＞KC2；α＝27.5°時(shí)，KC3＞KC1＞KC2）；當(dāng)α為32.5°～50°時(shí)，升阻比 KC3＞KC4＞KC1＞KC2（其中 α＝50°時(shí)，KC4＞KC3＞KC1）。

圖3 升力系數(shù)、阻力系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between lift coefficient，drag coefficient and Reynolds number

圖4 不同最大相對(duì)彎度下網(wǎng)板的水動(dòng)力學(xué)性能Fig.4 Hydrodynamic performance of the otter board at different maximum relative camber

2.3 主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)的變化

實(shí)驗(yàn)中將展弦比和最大相對(duì)彎度分別分為5個(gè)水平和4個(gè)水平進(jìn)行研究，以這2個(gè)因素作為類別變量，探求不同水平下網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響情況。如表2所示為不同參數(shù)網(wǎng)板的臨界沖角、最大升力系數(shù)、臨界沖角時(shí)的升力系數(shù)和最大升阻比，GLM模型分析結(jié)果表明展弦比和圓弧最大相對(duì)彎度對(duì)最大升力系數(shù)和最大升阻比的影響極顯著（P＜0.01），兩者間交互項(xiàng)對(duì)CLmax和Kmax無(wú)顯著影響（P＞0.05），故分別討論兩因素對(duì)CLmax和Kmax的影響。展弦比和兩者間交互項(xiàng)對(duì) Kα0影響極顯著（P＜0.01），最大相對(duì)彎度對(duì)Kα0無(wú)顯著影響（P＞0.05）。最大相對(duì)彎度對(duì)臨界沖角影響較顯著（0.01＜P＜0.05），展弦比對(duì)臨界沖角無(wú)顯著影響（P＞0.05）。

圖5和圖6為模型網(wǎng)板在不同展弦比和最大相對(duì)彎度下的主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)。圖5和圖6－a中虛線為散點(diǎn)圖的線性趨勢(shì)線，圖6－b中虛線為散點(diǎn)圖的二項(xiàng)式趨勢(shì)線。如圖5－a所示，CLmax隨展弦比和最大相對(duì)彎度的增加而升高。如圖5－b所示，Kmax隨展弦比的增加而升高，但隨最大相對(duì)彎度的增加而呈下降趨勢(shì)。如圖6－a所示，隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對(duì)彎度為12%和14%）和上升（最大相對(duì)彎度為8%）趨勢(shì)。最大相對(duì)彎度為10%時(shí)，α0在27.5°～30°間波動(dòng)變化，趨勢(shì)線基本保持水平。隨著最大相對(duì)彎度的上升，α0呈上升趨勢(shì)。如圖6－b所示，隨著展弦比的增加，Kα0呈先升后降趨勢(shì)，λ＝2.0時(shí)Kα0值相對(duì)較高。最大相對(duì)彎度為12%、λ＝2.0時(shí)，網(wǎng)板的主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)（CLmax、Kα0和 Kmax）均為前 40%水平，綜合水動(dòng)力學(xué)性能較佳。

3 討論

3.1 展弦比對(duì)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響

網(wǎng)板內(nèi)外板面的壓力差和背渦流產(chǎn)生的渦升是網(wǎng)板升力的主要來(lái)源［2］。樸倉(cāng)斗等［12］認(rèn)為在相同迎流沖角情況下，隨著展弦比的增加，網(wǎng)板背面的渦流區(qū)逐漸減小，阻力也相應(yīng)減小。郭根喜等［2］通過(guò)網(wǎng)板系列模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究了4種不同展弦比立式圓弧形曲面網(wǎng)板的水動(dòng)力學(xué)性能，得出隨著展弦比的增加，臨界沖角逐漸減小，CLmax和Kmax值也是隨展弦比的增大而增大，而阻力系數(shù)則隨展弦比的增大而減小。本研究結(jié)果顯示，隨著展弦比的增加，CLmax和Kmax呈上升趨勢(shì)，Kα0呈先升后降趨勢(shì)，λ＝2.0時(shí) Kα0值相對(duì)較高，與上述結(jié)論相吻合。郭根喜等［2］根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出大展弦比網(wǎng)板的臨界沖角較小，α0一般在20°～22.5°間；而小展弦比網(wǎng)板的臨界沖角變化范圍大，α0一般在17.5°～32.5°間。本研究結(jié)果顯示，展弦比對(duì)臨界沖角無(wú)顯著影響（P＞0.05），隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對(duì)彎度為12%和14%）和上升（最大相對(duì)彎度為8%）趨勢(shì)。最大相對(duì)彎度為10%時(shí)，α0在27.5°～30°間波動(dòng)變化，趨勢(shì)線基本保持水平。福田賢吾等［16－17］研究中層拖網(wǎng)作業(yè)中展弦比對(duì)立式曲面網(wǎng)板的影響結(jié)果表明，隨著展弦比的增加，CLmax值會(huì)出現(xiàn)先增大（展弦比 1.0～3.0區(qū)間）后減?。ㄕ瓜冶?3.0～6.0區(qū)間）的情況，Kmax值則呈上升趨勢(shì)而α0呈下降趨勢(shì)。認(rèn)為是由于翼端背渦流隨著展弦比的增加對(duì)水流分離的抑制能力減弱，導(dǎo)致網(wǎng)板的擴(kuò)張性能下降［17］。本研究未觀測(cè)到CLmax值隨著展弦比的增加出現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)。這是由于本實(shí)驗(yàn)中展弦比的最大水平取為2.4所致。原因是在南極磷蝦實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，隨著展弦比的增加，網(wǎng)板的重心出現(xiàn)逐漸上移的趨勢(shì)，壓力中心系數(shù)波動(dòng)增大，將造成網(wǎng)板的穩(wěn)定性能下降［13－14］。本實(shí)驗(yàn)中，在最大相對(duì)彎度相同條件下，展弦比為2.0時(shí)，網(wǎng)板臨界沖角時(shí)的升阻比Kα0值較高。

表2 網(wǎng)板主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)Tab.2 Main hydrodynamic performance parameters of otter board

圖5 不同模型網(wǎng)板的最大升力系數(shù)和最大升阻比Fig.5 The maximum lift coefficient and maximum lift to drag ratio of otter board

3.2 最大相對(duì)彎度對(duì)網(wǎng)板水動(dòng)力學(xué)性能的影響

圖6 不同模型網(wǎng)板的臨界沖角變化及臨界沖角時(shí)的升阻比Fig.6 Critical angle of attack and lift to drag ratio atα0 of otter board

與矩形平面網(wǎng)板相比，立式曲面網(wǎng)板附加一定的圓弧彎度，可以提高網(wǎng)板的升力特性［13］。郭根喜等［2］通過(guò)研究4種不同彎度立式圓弧形曲面網(wǎng)板的水動(dòng)力學(xué)性能，得出隨著相對(duì)彎度的增大，CLmax值逐漸變小，提出翼型的相對(duì)彎度不宜過(guò)大，以7%～10%為宜。樸倉(cāng)斗等［13］也認(rèn)為隨著彎曲度的增加，網(wǎng)板的升力特性雖然得到了提升，但網(wǎng)板的阻力也同時(shí)增加。本研究結(jié)果與上述結(jié)論不同，這是因?yàn)橹八芯康牧⑹綀A弧形曲面網(wǎng)板為單圓弧面結(jié)構(gòu)，隨著相對(duì)彎度增大，迎流面積也相應(yīng)增加。另外，單圓弧面彎曲度的增加會(huì)影響到網(wǎng)板內(nèi)外側(cè)的壓力差和背渦流強(qiáng)度，并抑制背渦流對(duì)水流的分離能力，導(dǎo)致升力系數(shù)下降［13］。本研究中立式曲面網(wǎng)板采用雙側(cè)圓弧面結(jié)構(gòu)，當(dāng)最大相對(duì)彎度增加時(shí)，網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和外側(cè)圓弧面相對(duì)彎度同時(shí)變化，流線型優(yōu)于單側(cè)圓弧結(jié)構(gòu)，可有效降低阻力，提高升力系數(shù)。空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中翼型彎度對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能的影響結(jié)果表明，相同翼型厚度的條件下，通過(guò)增大翼型彎度的方法，可在一定的范圍內(nèi)提高翼型的升力系數(shù)和升阻比，并且升阻比和升力系數(shù)的高值范圍較寬［32－33］。但超過(guò)一定的范圍后，由于流動(dòng)容易分離，背渦流的分布范圍增大、數(shù)量增多，導(dǎo)致翼型所受阻力迅速增加，升阻比也同時(shí)下降［32］。本研究中，隨著最大相對(duì)彎度的增加，CLmax和α0呈上升趨勢(shì)，但Kmax呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)翼型彎度變化幅度較?。?.95%～4.46%之間），而本研究最大相對(duì)彎度變化較大（8%～14%之間）。隨著最大相對(duì)彎度的增加，雖然升力系數(shù)有所提高，但阻力系數(shù)也相應(yīng)增加，導(dǎo)致Kmax呈下降趨勢(shì)。因此在網(wǎng)板設(shè)計(jì)中，網(wǎng)板只有選取適當(dāng)?shù)淖畲笙鄬?duì)彎度，有利于獲得良好的翼面壓力分布和保持層流流動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)中，在相同展弦比（λ＝2.0）條件下，最大相對(duì)彎度為12%時(shí)，網(wǎng)板最大升力系數(shù)和最大升阻比相對(duì)較高，阻力系數(shù)較低。

4 小結(jié)

（1）展弦比對(duì) CLmax、Kmax和 Kα0值的影響極顯著（P＜0.01），對(duì) α0無(wú)顯著影響（P＞0.05）。隨著展弦比的增加，CLmax和 Kmax呈上升趨勢(shì)，Kα0呈先升后降趨勢(shì)，λ＝2.0時(shí)Kα0值相對(duì)較高。隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對(duì)彎度為12%和14%）和上升（最大相對(duì)彎度為8%）趨勢(shì)。最大相對(duì)彎度為10%時(shí)，α0在27.5°～30°間波動(dòng)變化，趨勢(shì)線基本保持水平。

（2）最大相對(duì)彎度對(duì)CLmax和Kmax值的影響極顯著（P＜0.01），對(duì)α0值的影響顯著（0.01＜P＜0.05），對(duì) Kα0無(wú)顯著影響（P＞0.05）。展弦比和最大相對(duì)彎度兩者間交互項(xiàng)對(duì)Kα0影響極顯著（P＜0.01），而對(duì) CLmax和 Kmax無(wú)顯著影響（P＞0.05）。隨著最大相對(duì)彎度的增加，CLmax和 α0呈上升趨勢(shì)，Kmax呈下降趨勢(shì)。

（3）綜合考慮南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板的水動(dòng)力學(xué)性能，實(shí)際應(yīng)用中建議立式雙弧面網(wǎng)板最大相對(duì)彎度設(shè)計(jì)為12%，展弦比設(shè)計(jì)為2.0，此時(shí)網(wǎng)板的主要水動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)均為前40%水平，具有最大升力系數(shù)和最大升阻比相對(duì)較高、阻力系數(shù)較低的優(yōu)點(diǎn)。

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Effect of aspect ratio and the maximum relative camber on hydrodynamic performance of Antarctic krill trawl otter board

LIU Jian，HUANG Hong-liang，WU Yue，CHEN Shuai，LI Ling-zhi，RAO Xin，YANG Jia-liang，QU Tai-chun
（Key Laboratory of East China Sea and Oceanic Fishery Resources Exploitation of Ministry of Agriculture，Engineering Technology Research Center of Marine Fishing of Chinese Academy of Fishery Sciences，East China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200090，China）

The Antarctic krill resource is abundant surrounding the Antarctic area，and its development potential has taken more and more attention around the world.A key factor to enhance the Antarctic krill trawl productivity is to improve the expansion performance of trawl net in low trawling speed.To study the effect of different aspect ratio and the maximum relative camber on hydrodynamic performance of a high aspect ratio otter board with hollow structure，a flume model experiment was conducted to analyze the change rules of main hydrodynamic performance parameters，such as the critical angle of attack（α0），the maximum lift coefficient（CLmax），the maximum lift to drag ratio atα0（Kα0）and the maximum lift to drag ratio（Kmax）.The experimental design scheme was constructed with two categories of variables：the aspect ratio and the maximum relative camber.The factors of the aspect ratio were designed for 5 levels，and the factor of the maximum relative camber for 4 levels.According to the two factors experiment method，20 experimental models were designed.The experimental models were made by stereo light curing process.The experimental results were as follows：（1）the impacts of the aspect ratio on the CLmax，Kmaxand Kα0value were extremely significant（P＜0.01），but there was no significant impact on theα0value（P＞0.05）.While the aspect ratio was ascending，the CLmaxand Kmaxvalue showed rising tendency，but the Kα0value had a trend of rise first then fell.Whenλ＝2.0，the Kα0value was relatively higher than that of other otter boards.With the aspect ratio ascending，theα0value respectively showed an uptrend（for the maximum relative camber was 12%or 14%）and a downtrend（for the maximum relative camber was 8%）.When the maximum relative camber was 10%，theα0value fluctuated between 27.5°and 30°，and the trend line remained unchanged generally.（2）The maximum relative camber had extremely significant impact on the CLmaxand Kmaxvalue and significant impact on theα0value（0.01＜P＜0.05），but no significant impact on the Kα0value（P＞0.05）.The interaction terms between the aspect ratio and the maximum relative camber had extremely significant impact on the Kα0value（P＜0.01），but no significant impact on CLmaxand Kmaxvalue（P＞0.05）.The CLmaxandα0value shows an uptrend with the increase of the maximum relative camber，but the Kmaxvalue shows a downtrend.Considering the hydrodynamic performance of the otter board，the results suggests that the aspect ratio should be designed as 2.0 and the maximum relative camber should be 12%in practical application.In that case，the main hydrodynamic performance parameters of the otter board are the top 40%levels，and the Antarctic krill trawl otter board has advantages of lower drag coefficient and higher maximum lift to drag ratio and maximum lift coefficient.

Antarctic krill；otter board；hydrodynamic performance；model test

S 971.4

A

1004－2490（2017）05－0571－11

2016－11－25

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203018），國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（31402351）

劉 ?。?985－），男，助理研究員，主要從事漁業(yè)工程的研究。E-mail：liuj＠ecsf.ac.cn

黃洪亮，研究員。E-mail：huanghl＠ecsf.ac.cn