尺度与比例

尺度与比例（精选五篇）

尺度与比例 篇1

我曾问过一位老学长也是知名建筑师:“您一生设计了许多知名建筑,体会到什么是最重要的?” 他回答说:“在设计中没有比尺度更重要的了。” 因为建筑一旦建成,就难以修改,一定要把握好尺度。在居住建筑的卧室,其大小受到床的大小的影响,公共建筑有门厅,有许多人在这里进出或集聚, 所以厅堂的高度在四米上下,再低了就不行,尺度有一个参照系。不同建筑都要从功能出发,从其功能需求来定尺度。如剧场设计中舞台口是基本要素, 舞台设计时要考虑幕的分割和舞台机械的变动,所以除舞台尺寸外,要考虑舞台机械尺度的要求。人行的台阶在室外要有宜人的步行尺度,一般在320毫米 ×120毫米。从室内到室外,台阶宜于用毛糙的石料,不宜用光滑的面板,室外台阶每个踏步微微向外倾斜,不使雨天积水。(图2)

汽车及其停车场和车库也有尺度。小汽车的宽度,成为车道的尺度,如小汽车转弯半径为6米, 小客车为12米,大客车为22米,这样我们可以推算出停车场、停车库的大小。所以城市各种设施都有度,这样城市就有相关规范可查。一个熟练的建筑师或规划师,需要熟悉相关的规范,而对“度”, 尺度,定型化。特殊情况经相关部门批准才可采用变通的方法。

前面讲了人和车的尺度,而群体和环境设计中要环境的尺度(以群体为对象)。如果单体设计比例用1/150,1/300,1/100” 等, 那么群体为1/1000,1/5000,1/10000。在设计淮安周恩来纪念馆时,那里有个桃花垠,是周总理小时候玩耍的地方,还有三个小湖面,怎么设计这个群体?不少方案从湖的一侧进行,我们最后在中央填湖,打30米的桩,夯土,建纪念馆。这么大胆的设想,考虑了人流、车流和纪念活动,并尽可能地节约投资。又不同于中山陵和美国林肯纪念堂等纪念性建筑的设计,采用了半开敞的四柱大厅,使纪念厅的四周与环境相融合,而高度与雨花台纪念馆、中山陵陵堂的高度相等,即23米, 符合中国人的象征思维(图3)。环境是相对的,地段的环境相对于城市,处在对比之中。又如我们置身于泰山,遥望那南天门, 其实南天门并不大也不高,但周围没有对比的建筑,绿色山体中的一点红,引人注目, 映入人的视野,很自然就放大了(图4)。 也好比意大利威尼斯的西诺利亚广场,呈“L” 形,大卫像在小亭廊及城堡之间,人们说大卫像的头太大了,但是在有对比下,人的头会缩小一样。设计者、雕刻家要把握这种尺度,即注意形体的有对比和没有对比。

在传统的建筑时代,当时没有现代交通, 人流和车马混杂,当时的规划师将街道和建筑的高宽比定为1:2等。现代的汽车交通,双车道,中间加上分隔带。一般林荫道宽达80- 100米,加上两侧的绿化,成为城市重要的景观带。道路的宽狭也显示出城市的尺度。

Proportion,杨廷宝和梁思成译成“比例陪衬”,它与尺度一起来使用,即尺度与比例陪衬(Scale and proportion),其意为尺度和相关关系的处理。传统建筑在西方文艺复兴后有严格的规则,而东方的中国则用明清营造法式比例来分析。在西方,自古希腊、 古罗马以来创立了五柱式等相关的比例。例如传统西方建筑墙面上有许多地方,如边柱, 其尺度与柱子的比例有关。建筑的形体与建筑的关系,水平划分的粗线与建筑的关系, 建筑的细部花饰与墙体的关系,以及局部与整体的关系,都在建筑的比例尺度控制之下。

一切与尺度相关都和比例相关。

现代的公共建筑有其个性,它们的尺度有自己的完整性,例如巴黎的蓬皮杜中心, 它的高度考虑到周围环境,注意了环境尺度; 它没有大的门厅,内部可以灵活隔断,适应不同功能的需要。再有美国建筑师弗兰克·盖里在西班牙毕尔巴鄂的古根海姆博物馆(图5), 是扭曲的非线性建筑,也是非常规设计,但给人们的客观印象是具有空间尺度的。建筑师柯布西耶设计的朗香教堂(图6),其内部有牧师讲台和信徒的座位,采光则用墙厚的变化, 使室内具有神秘感。可见适应社会的变化,考虑人的活动是基本的,但形式是可以变化的。

现代建筑的高层,合理科学地运用人的尺度,使建筑使用达到极致。

时代变迁,功能使用也大大变化,功能是基本的,而以人为尺度是必须的。尺度一定要满足使用的要求,如苏州园林,原是由住宅发展起来,是为少数人使用的,其尺度宜人,人称“咫尺山林”;而今大量人流涌入,就失去了尺度感。公共的和私人的尺度需要分开来评价。(图7)

尺度与比例是指建筑物与空间环境大小的关系,人与建筑的关系,以及建筑的局部、细部与整体的关系。

(1)人们最接近的地方有门、窗、桌、凳、床。单人床的尺寸为1.2米 ×2.0米 ×0.45米,门高为2.1米。有大量的人通过,则层高宜3.9米,显示其高度。人与接近的物再到空间是为尺度。

(2)没有比犯尺度的错误更大的错误了。设计要重视“适用”,“适用”就要注意尺度,尺度错了难以修改,甚至无法修改,因为建筑是一种物质生产,有经济和使用价值。

(3)传统建筑绝大多数是由人手工制造出来,它接近人,有亲近感。我们参观武夷山的下梅古镇,住宅的垂帘柱各个不同,都是由工匠手工制作的,其木雕、砖雕等等也都是艺术品,有历史价值,又有使用价值。

(4)工厂大批的产品由机器制造,正如戏剧大师卓别林所表现的,不是他的手在操作机器,而是一切活动由机器操作。当时人们认为这是时髦品,当机器制造的产品成为艺术品或时髦的东西时,人们才认定它有价值。例如我架子上的模型,或难以得到的,或不断收集得来的,有的在当地不稀奇,而在这儿很稀奇,但是否有价值,就要看能否得到社会的认可。

(5)人类塑造了使用的空间,如工厂、 学校、办公、图书馆,同时也塑造了纪念性的精神空间,如陵墓、纪念堂、纪念物等等。 另一种精神空间如古埃及的金字塔、希腊的神殿、中世纪的教堂等,都是一种怀念、纪念的场所,用塑造一种空间、塑造一种精神氛围来感染人。现今的寺庙、教堂等等都是一种精神的空间,这是人们不知这世界万物的由来而构成的产物,即使知道了也有一种祈求。使用和精神合二为一,如宾馆的大堂,制造一种氛围来感染人。功能使用的尺度由人的需要而定, 人称“人体工程”,如弯腰、并排走、坐、立等等所需要的尺度,而精神空间可以是十分巨大。如苏联伏尔加格勒的塑像有100米高, 巨大而使人感到震撼。是为打败法西斯敌人而塑造;北京人民大会堂有是非常大的空间, 既是需要,又会使人们产生一种崇敬感。

(6)空间的尺度是靠对比——与自然对比,与城市对比,与乡镇对比而得来的。在无比较和有比较的空间看,尺度是不一样的, 所以要把握,这是创作者的重要任务。意大利著名雕塑家米开朗琪罗雕刻国王像时,国王说像的鼻子大了一点,于是雕刻家手上拿了刻刀和一把粉爬上去,假装在雕,而手中的粉洒脱,国王以为真的在雕刻,其实一点也未动,之后国王很满意。所以说,把握者在于雕刻家。

(7)空间感,对观者和塑造者都很重要。 人说:“跟着感觉走”, 不无道理。在实体的设计规划中,我们就跟着实践走,从实践中求得真知,从实践中取得统一,还要从前人的作品中取得知识,取得理论。人贵在实践, 有经验与无经验不一样,不断归纳总结,在实践中做到心中有数,不出大错误,并严格按规范办事,因为规范是一个时期的总结和国家的规定。

(8)陪衬,是在一个整体中主体和局部、局部和局部的关系,一般局部服从整体, 局部与局部相互匹配。在城市中高大的建筑物和构筑物(铁塔、广播塔)等作为地标, 而从属的群体要匹配得当。城市和群体的美就如鲜花和绿叶,要得体适宜。比例陪衬, proportion,梁思成先生和杨廷宝先生共同译出这个词,这是很合理的。

(9)尺度和比例陪衬都是相对的,在外部空间是为环境的尺度,周围的建筑群要与自然山水相配合,所以有人的尺度。著名建筑师勒·柯布西耶画的人像就是典型事例。在做淮安周恩来纪念馆设计时,我们就用了环境的尺度和建筑的尺度之间的关系,“门框”用的是他家乡的形式,大门框尺度大,而小门框是人的尺度,人可以透过小门框而感受大门框。

建筑空间中比例和尺度的运用论文 篇2

一、比例和尺度对建筑的影响

建筑具有物质与精神两种属性，在建筑设计中的建筑美主要是满足人们精神需要与审美需求，这就需要建筑设计师们遵循一定的法则。建筑美是一个抽象的概念，没有定量甚至定性的工具，美的判断与人们的心理和视觉直接相关;无论是建筑的外观美，还是建筑空间的内部美，都离不开比例和尺度这一特性。比例和尺度协调的建筑造型不仅美观，而且使用合理，给人以舒适、愉悦的精神感受，比如现在很多已建或在建的新农村社区建筑，按照一定的比例，满足了理智和眼睛要求的特性，以及他们采用体现实际大小与给人印象真实大小相一致的自然尺度，给人带来了温馨、舒服、自然、和谐之感;儿童建筑采用较小的尺度，给人以活泼、娇小、亲切的感觉;一些纪念性建筑则采用夸张的手法，给人以超乎自然的尺度感，给人带来庄严、肃穆、崇敬之感。

二、比例和尺度的运用

以两幢建筑为例，一是中国古建筑山西五台县佛光寺大殿，由于中国古建的数与比例概念与中国人宇宙观和世界观息息相关，所以中国古建筑常以“3”为模数，其决定性因素是结构形式，艺术与结构的统一则更具有艺术价值。中国古建筑的优美比例主要来自于木构件受力最合理的.截面及搭建，分析古建筑具有优美视觉效果的实例，发现他们具有一定的数学和几何关系。例如，佛光寺大殿的立面就包含小整数比的关系：4：5和2：3，剖面中斗拱的高度与柱高的比例为1：2，屋面坡度为2：1。二是柯布西耶的马赛公寓，柯布西耶在《走向新建筑》中提出数学可以达到真正的完美，他推崇精确性和几何性，认为建筑的本质应该是几何关系和正确的比例系统。因此他创建了模度理论，是结合了黄金分割的人体尺寸组成的一组数据。马赛公寓则是模度理论的成功运用，在马赛公寓中每个住宅单元由楼梯链接上下两个2.26米高的空间构成，起居室通高，3.66*4.8的大玻璃窗提供了开敞的视野。在马赛公寓中从整体到细部的尺寸都严格按照模度中的数值。模度理论有两条线索交织而成：一是人体尺度，一是黄金分割。也就是说，合乎人体的建筑尺度给使用者带来最舒适的居住体验，而黄金分割带来的是和谐悦目的比例。模度理论对建筑设计具有重大意义，但其数值过于零碎对构件的预制和施工不利，因此它并没有在设计领域延续并发扬光大。

三、结语

表扬的方法与尺度 篇3

一、现实中的表扬现象分类

第一：偏激表扬。如果表扬学生时把回答问题的好坏与学生的智力因素联系起来，如用“你真聪明”类表扬语，让学生会容易产生骄傲自满的心理，认为自己很聪明；但如果回答问题错了几次，就认为自己变得不聪明了。这会使学生产生心理异常，出现心理障碍。

第二：低层次表扬。“很好”、“你真棒”这类表扬语常促使学生为能得到老师和同学的称赞而学习，使学生的学习单一化、低层次化。

第三：夸张表扬。学生一旦听到老师“你回答得非常正确”等这类表场词语，就只会满足于这个答案，就不再从另外角度来思考问题。显然这样不利于发散思维的培养，抑制了学生的创新能力的发展。

第四：频繁表扬。会使学生在一片掌声和表扬声中成长，学生产生良好的自我感觉，认为自己优秀，很成功，就不能正确认识自己，也就没有一点经受挫折与困难的思想准备。因此遇到事情的时候比较盲目，容易走极端，心理防线会很快崩溃，产生心理行为异常。如：离家出走，甚至以自杀来摆脱困境。

二、理想中的表扬原则、方法

那么，如何克服上述缺失从而提高表扬的效率呢？我认为教师可以从以下方面进行尝试：

第一，表扬要有目的性——对症下药。

做任何事情都要有目的性，表扬作为转化学生思想和激励学生学习的重要手段也不例外。如果目的性明确了，就会采取较好的工作方法，也就会取得好的效果；如果目的不明确，加上盲目的表扬，可能就会事与愿违，也就更不会取得好的效果。

第二，表扬要有时间意识——灵活多变。

在课堂提问中，教师特别要注意两个重要停顿时间，我们记为“第一等待时”与“第二等待时”。“第一等待时”是指教师提出问题后，要等待足够的时间，不要马上重复问题或指定别的同学来回答问题，其目的是为学生提供一定的时间来考虑问题。“第二等待时”是指学生回答问题后，教师也要等待足够的时间，才能评价学生的答案或者再提出另一个问题，这样可以使学生有时间详细说明、斟酌、补充或者修改他的回答，从而使他们的回答更加系统，又不至于打断他的思路。

第三，表扬的同时要进行受挫教育——与批评共存。

我们承认表扬对培养学生自信心有一定的推进作用，但操作不当的表扬会使青少年学生容易迷失方向；我们也承认表扬能诱发学生的学习动机，但“忠言逆耳利于行”的忠告是很有科学道理的。因此，我认为表扬与批评应同时存在于课堂教学中。目前还有相当一部分同学的抗挫折能力还比较脆弱，遇到挫折时还缺乏一套抵御、战胜挫折的心理准备或能力。如果我们在平时的教育教学中肯定的同时进行受挫教育，让批评与表扬共存，特别是对成绩优异者所出现的错误更要严厉批评，以便使同学们自然形成抗挫折能力和抵御策略，那么才能在竞争日益激烈的社会环境中游刃有余。

第四，表扬的方式应丰富多彩——不拘一格。

教师对学生的表扬不能只停留在活动的评价中，其实表扬更具有随机性。一个会心的微笑，一个赞许的眼神，一个亲昵的拍脸动作，一句真诚的表扬，一次和老师散步谈心的机会，都可作为表扬的表达方式和奖品。

传统街道空间界面尺度与比例解析 篇4

阆中于1986年12月被国务院批准为第二批国家历史文化名城, 古城山、水、城相互映衬, 具有良好的人居环境。现在, 阆中城区还保留着主要的历史街区和传统风貌, 保存下来的古街巷达110条之多, 而古院落更是数以千计, 总面积达1.78平方公里。

街巷作为城市的基本骨架, 对城市的形态起到决定作用。就阆中古城的街巷来说, 按功能性质来划分的话, 可分为生活性的巷道和商业性的街市。

(1) 商业性的街市, 其街坊划分的边界多为商业性与生活性交混的多功能道路, 是功能最复杂的道路系统, 宽度一般为3.0—6.0米, 比如上华街、下华街、大东街、下新街等。

(2) 生活性巷道, 多为纯粹的生活性道路, 使道路延伸到街坊内部的院落组, 宽度一般为2.0—3.5米, 如南街、西街, 北街等。

二、街道空间界面尺度与比例关系

传统街道空间要素分为实体要素和行为要素。实体要素主要是指空间建筑围合成的水平界面、两侧的垂直建筑界面、街道节点以及部分设施小品等, 也就是街道上的一切主要构成物。它们决定了街道空间的比例、尺度和形态, 是街道空间的基本构成要素。这四种要素之间存在某种关系, 即建筑物的立面及立面层次影响着街道空间的尺度感, 而建筑物的尺度又限定了街道的内部轮廓线, 街道空间的平面形态由建筑物的底层平面限定, 建筑小品则对丰富整个街道空间起着非常重要的作用。行为要素是街道空间活力的体现, 即人在街道空间中的活动要素以及各种行为在产生过程中对空间的影响。

“城市空间尺度包含人与实体、人与空间的尺度关系以及实体与实体、空间与实体的尺度关系”。尺度主要从心理上影响人的视觉和感觉, 在实体高度与距离的不同比值下, 即高宽比的不同, 对人会产生不同的视觉效果。相对于现代意义上的宽而长的街道空间而言, 传统街道空间的绝对尺度是比较小的, 但给人的感受却是宜人的。这说明了绝对和相对的一个关系, 街道绝对尺度不是主要的, 相对的尺度, 或者说心理尺度才是主要的。传统街道空间尺度的重要因素主要有街巷宽度和沿街建筑高度的比例;两侧建筑之间或立面中各细节之间的比例关系, 或立面高宽比例关系;街巷长度与宽度、广场大小与周围建筑高度的比例等等。

虽然街道空间尺度的影响因素很多, 但是首要因素是街道的功能。功能决定了街道的尺度, 功能变化了, 城市街道的尺度也变化了。汽车和马车需要的街道空间尺度肯定是不一样的。现代城市交通具有大流量、高速度、大尺度的特点, 为了缓解交通拥堵问题, 道路的尺度不断增大, 这样一来, 传统街道空间要想保留, 尺度问题就是阻力, 所以传统街道保留都比较困难。而要拓宽传统街道, 势必会影响两侧的建筑物。所以在城市发展与传统街道保留这个问题上一直是一个难题, 大家都在进行探索, 最好的解决方式就是步行街, 其实质就是恢复它作为街道的初始功能。在城市中传统商业性街道一般比生活性街道尺度稍大, 这是由商业街承载功能的多样化所决定的。同样是传统街道, 北方街道普遍尺度较南方大, 这是因为采光必须考虑日照及间距问题。另外城市中的主要街道因为交通量较大、人口流动快, 街道宽度值较平均。其次影响街道空间尺度的因素是人的行为、情感需要, 人本身是街道空间体验的主体, 人对线性外部空间尺度的主观感受是由人在街道空间中活动而产生, 即需要一个活动尺度和心理尺度。不同的空间可以通过其尺度的变化从而对人的视觉感受产生影响, 不同视觉效果和尺度的街道空间会使人产生多种截然不同的感受, 甚至影响人在街道中的行为。在对街道空间进行设计的过程中, 街道空间界面之间的关系一定要符合人的视域规律, 按照最佳视域要求确定空间的断面, 只有这样, 才能创造出舒适、宜人的街道空间。

将街道的宽度设为D, 街道两侧建筑外墙的高度设为H, 两者之间的比例关系为D/H, 通过对传统街道空间宽度和两侧建筑高度的比值 (D/H) 和视觉作分析比较, 可以看出不同的比值会引起不同的心理反应, 同时也会影响人与人的交往。

当D/H<1时, 视觉空间受限, 因为街道空间高而且窄, 通常是巷这样的空间。人处于这类街巷, 视线宽度受到约束, 视线范围仅仅限定在一个很有限的范围内, 人与人活动空间尺度狭窄, 给人压抑感, 甚至可能会产生不安全感。

当街道两侧建筑物的高度和街道的宽度相当, 即D/H=1时, 视界受限的感受减弱, 人的视线基本上比较自由, 空间的界定感比较强, 这样的空间内聚力强, 交往尺度适宜, 有一种安定又不至于压抑的感觉, 是一种最佳尺度。

当D/H=2/1时, 空间感比较宽阔, 空间感增强, 墙面对人与人的交往行为产生的影响不大, 人身处其中, 心里上会更加自由和安定, 视界增大, 这种比例关系较好, 且街道空间同样比较紧凑, 仍能产生一种内聚、向心的空间感, 建筑与街道的关系较密切。

资料来源:《传统街道空间更新模式研究》

当D/H=3/1时, 街道空间的界定感较弱, 空间感比较差, 和在广阔的室外空间感觉相似, 会产生两实体排斥、空间离散的感觉, 使人感到很空旷, 视线不易形成焦点。如果D/H的比值继续增大, 空间失去围合封闭感, 也就不能称之为围合空间, 或者说毫无空间感可言 (见表1) 。

通过对阆中的几条主要街道进行实测统计, 其街巷具有良好的比例尺度, 是亲切、近人的, 以街宽 (D) 与围合街巷的建筑高度 (H) 的比值 (D/H) 列表如下 (见表2) 。表中采用了街道的平均宽度和建筑的平均高度, 反映空间给人的总体感受, 街道尺度比值的不同, 空间感受也不同。

三、结论

从以上的分析可以看出, 街巷空间的D/H多数在1—2之间, 单纯的街道空间就具有明显的封闭感和连续性, 使人很容易感觉到它的容量, 而且不会使人感到狭窄, 这种比例使人感到匀称而亲切。临街店铺面宽度与街道宽度也有合适的比例, 是一种最佳的比例尺度。因此, 能够好的很好的视觉效果和心里感受。街道的W/H=0.5, 当小于街道宽度的店面单元反复出现时, 街道的气氛显得更热闹。

同时, 阆中街巷的尺度小巧, 徜徉其中给人带来的是一种私密、亲切之感。这也恰好能说明人们向心内聚、追求安定亲切的交往空间的心理要求。

参考文献

[1]Keyin Lynch.A Theory of Good City Form[M].Cambridge.MIT Press, 1981:66-79.

[2]Naoki Mukoda, Street Furniture[M].Tokyo.Japan:Bijutsu Shuppansha, 1990:137-139.

[3]梁雪.传统村镇实体环境设计[M].天津科学技术出版社.2001.

尺度与比例 篇5

1 材料和方法

1. 1 模型网板结构参数设计与制作

试验模型网板为单缝曲面网板,网板的叶板分为导流板和主面板。本试验模型网板的设计基于试验目标与要求对结构进行简化,在保证其他参数相同的前提下,仅对导流板与主面板的尺度比例进行了变化。模型网板结构见图1。图中: L—网板翼弦长; b—网板翼展长; e—网板模型支点到网板前端距离; A—导流板; B—主面板; lA—导流板弧长; lB—面板弧长; γ—导流板的角度; β—面板的角度。

试验用3 块模型网板的展弦比固定为2. 5,网板模型面积均为0. 158 m2,3 块模型网板的导流板与主面板的角度对应相同,分别为25°和0°,导流板与主面板的曲率均为12% ( 表1) 。3 块模型网板分别编号为1、2、3; 制成的模型网板实物材质为钢( Q345B) ,表面涂漆( 图2) 。

注: 网板模型面积S = L × b; 展弦比= b/L; 模型网板的叶板曲率均为12% 。

1. 2 试验设备

试验风洞为南京航空航天大学NH-2 风洞,该风洞为串置双试验段闭口回流风洞,本次试验在小试验段中进行。小试验段的主要技术参数:6 m × ( 长) × 3 m( 宽) × 2. 5 m( 高) ,进口截面积7. 18 m2,最大风速90 m/s,最小稳定风速5 m/s。本次测力试验采用塔式六分量机械-应变天平进行测量( 图3) 。试验采用的数据采集处理系统由前置放大器、四台联网计算机系统组成。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验模型相关参数定义

3 块模型网板按顺序依次安装到风洞中的六分量机械天平底座上,当风速达到28 m/s时( 室温20 ℃) ,冲角由0° ~ 70°进行转动,其中在冲角0° ~ 50°区间,每间隔2. 5° 为一个测录数据点,冲角50°过后,每间隔5°为测录数据点,共计25 组数据,包括阻力系数Cx、升力系数Cy、俯仰力矩系数Cm与压力中心系数Cp。

试验模型在风洞试验段中相关参数定义如图4所示。图中,O点为力矩参考点,即模型底部的打孔处。在试验过程中,模型的阻力由天平沿X轴方向的力提供,升力由天平沿Z轴方向的力提供,俯仰力矩由天平绕Z轴方向的My元提供。

本期试验风速取V =28 m/s,此时雷诺数Re=VL / υ = 0. 52 × 106( 粘性系数 υ =15 ×10- 6m2/ s) 。

1. 3. 2 试验测量网板参数定义

三分力: 升力Y、阻力X和俯仰力矩M( 绕支点) 。

压力中心点离网板前端距离d = e - ( M/N)[12]( N为法向力) 。

升力系数[18,19,20];阻力系数;俯仰力矩系数;压力中心系数。式中,空气密度ρ=1.225Pa·S2/m,S为网板面积(m2),L为网板翼弦长(m)。所有试验数据都进行了支架干扰修正。

2 结果与分析

2. 1 试验结果

试验获得的数据为模型网板的阻力系数Cx、升力系数Cy、俯仰力矩系数Cm与压力中心系数Cp。将Cy与Cx进行比值处理,获得的数值即为升阻比,是判定网板水动力性能优劣的重要因子[19]。具有优良水动力性能网板的Cy/ Cx比较高; 另外,网板的稳性也要好,稳性可以通过Cm与Cp来分析比较[21]。为了更清楚地分析3 块模型网板的水动力性能差异,将试验数据分组,并制成Cx-α,Cy-α,Cy/ Cx-α,Cm-α 及Cp-α 曲线图( 图5) 。

2. 2 试验分析

2. 2. 1 阻力系数与升力系数

图5 中,Cx-α 与Cy-α 曲线图分别表示Cx与Cy随迎流冲角的变化曲线。Cx与成正比关系,1 号网板的Cx在 α = 20° ~ 30°范围内较高,结果显示,导流板尺度比例过小会导致网板Cx升高;1 号网板的Cy在 α = 27. 5°之前较高,最大Cy为1. 875( α = 25°) ; 2 号与3 号网板的最大Cy分别为1. 919( α = 30°) 和1. 911( α = 30°) 。分析表明,导流板尺度适当加长可使网板的作业冲角选择范围增大。

2. 2. 2 升阻比与稳性

图5 中,Cy/ Cx-α 曲线表明在冲角< 12° 时,1 号网板的升阻比Cy/ Cx较高,最大为5. 991( α = 10°) ; 2 号与3 号网板的最大升阻比分别为5. 994( α = 12. 5°) 和5. 682 ( α = 12. 5°) 。可见,1 号与2 号网板最大升阻比较高,其中2 号网板的最大升阻比对应的冲角角度较1 号网板高2. 5°,可认为2 号网板的作业冲角选择范围更大。在通常情况下,最大升阻比对应的冲角,其对应的升力系数往往并不是很高,无法充分扩张网口。因此,最大升力系数对应冲角附近升阻比的大小也很重要。1 号网板在冲角25°( 最大升力系数对应冲角) 时的升阻比为3. 894,2 号网板在冲角30°时的升阻比为3. 601,3 号网板在冲角30°时的升阻比为3. 433。比较而言,2 号网板的水动力性能较好。

网板稳性的分析方法有多种,参考相关文献[21,22],分析75% 最大升阻比获得的冲角范围可作为判断网板作业稳定性的方法之一,即冲角范围愈大,作业稳定性愈好。依此方法,见表2 数据,1 号网板的作业稳定性更好一些。

另外也可以通过俯仰力矩系数Cm和压力中心系数Cp分析网板的稳性。图5 中Cm-α 与Cp-α 曲线图分别为模型网板的Cm与Cp随冲角的变化曲线。

俯仰力矩也称纵向力矩,是指作用在模型网板的空气动力对其重心所产生的力矩沿横轴的分量,一般转换为Cm来分析比较。俯仰力矩可分为上俯仰力矩与下俯仰力矩,一般通过正负区分。从图5 可看出,Cm值存在正负,其绝对值的大小表示俯仰力矩的高低。一般俯仰力矩系数趋于0时表示该网板的俯仰稳性越优,比较网板作业冲角对应的Cm绝对值即可判断网板稳性高低,这可根据各模型网板最大升阻比Cy/ Cx对应冲角时的Cm绝对值来进行判断: 1 ~ 3 号模型网板的最大升阻比Cy/ Cx对应冲角分别为10、12. 5、12. 5,Cm绝对值分别为0. 071、0. 119、0. 158。1 号模型网板在最大升阻比Cy/ Cx对应冲角时的Cm绝对值最低,为0. 071,稳性较好。

利用压力中心系数来判断网板稳性一般是通过分析最大升阻比时冲角前后5°范围的Cp变异系数来比较,该系数越小,网板稳性越好[22]。1 ~3 号模型网板的最大升阻比角度分别为10、12. 5、12. 5,Cp变异系数分别为6. 02、7. 96、8. 23。1 号模型网板的Cp变异系数最低,为6. 02% 。

通过三种方法对3 块模型网板的稳性进行比较分析,得出的结论一致表明,网板的作业稳定性随着导流板尺度比例的增大会逐渐变差。

3 讨论

3. 1 网板升力

相比于无开缝网板,开缝网板设计是为了改善网板周围的流态分布,降低网板的水阻力,提高网板的水动力性能[23]。开缝网板的导流板与主面板的结构设计参数包括角度、长度、间距等,每个参数的变化都会直接影响网板的水动力性能[19]。

网板产生的升力( 即扩张力) 是衡量网板性能的重要指标。网板升力来自于网板受迎流作用时在垂直来流方向上产生的分力。为简化分析,可将网板看成一个规则的方面平板分析,其升力大小可简单表示为F = 1 /2 · ρV2S cosα · sinα( ρ—流体密度; V—流速; α—板面与流向的夹角) ,平板所受升力F( 垂直于迎流方向的分力)将在45°冲角( 临界冲角) 时达到最大值; 曲面网板由于结构等参数不同会造成临界冲角及对应升力的变化,但总体趋势不变,在冲角由0°到90°之间形成一个波峰曲线,理论上仅存在一个最高值,该值即为升力系数的最高值,本试验的目的就是通过调整叶板结构参数以求在需要的冲角范围内得到最佳的升力系数值。叶板尺度比例变化对网板升力的影响主要与其角度及面积有关,随着冲角的变化,对网板升力的影响也随之变化。因此,导流板的角度、长度与临界冲角需要达到一个最佳配合才能达到网板较优的升力数值。

3. 2 网板阻力与稳性

网板阻力包括网板迎流阻力与水中粘滞力等,其中迎流阻力占主要方面。陈雪忠等[20]在开缝网板升力系数对比中得出结论,证明开缝网板的阻力系数值在临界冲角时明显偏低,因此网板开缝设计的主要目的是在保证升力的前提下降低阻力。试验表明,叶板尺度比例变化会对网板阻力造成影响,虽然差异并不十分明显,但调整网板的叶板尺度比例也可以作为降低网板阻力的参考方法。

网板的作业稳定性也非常重要,在拖网拖曳过程中,网板在工作冲角时不会前后左右晃动,可以保证网板的工作效率[15]。在网板结构设计上,导流板的尺度变化会造成网板局部受力不同,从而使网板各点力矩发生变化,影响网板整体的稳性。

4 结论