展弦比和最大相對彎度對南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板水動力學性能的影響

劉 健，黃洪亮，吳 越，陳 帥，李靈智，饒 欣，楊嘉睴，屈泰春

展弦比和最大相對彎度對南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板水動力學性能的影響

劉 健，黃洪亮，吳 越，陳 帥，李靈智，饒 欣，楊嘉睴，屈泰春

（中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部東海與遠洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，中國水產(chǎn)科學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彎度對南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板水動力學性能的影響，通過水槽模型實驗分析網(wǎng)板臨界沖角（α0）、最大升力系數(shù)（CLmax）、臨界沖角時的升阻比（Kα0）和最大升阻比（Kmax）等主要水動力學性能參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：1）展弦比對CLmax、Kmax和 Kα0值的影響極顯著（P＜0.01），對 α0無顯著影響（P＞0.05）。隨著展弦比的增加，CLmax和 Kmax呈上升趨勢，Kα0呈先升后降趨勢，λ＝2.0時 Kα0值相對較高。隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對彎度為12%和14%）和上升（最大相對彎度為8%）趨勢。最大相對彎度為10%時，α0在27.5°～30°間波動變化，趨勢線基本保持水平。2）最大相對彎度對CLmax和Kmax值的影響極顯著（P＜0.01），對 α0值的影響顯著（0.01＜P＜0.05），對 Kα0無顯著影響（P＞0.05）。展弦比和最大相對彎度兩者間交互項對Kα0影響極顯著（P＜0.01），而對CLmax和Kmax無顯著影響（P＞0.05）。隨著最大相對彎度的增加，CLmax和α0呈上升趨勢，Kmax呈下降趨勢。綜合考慮拖網(wǎng)網(wǎng)板的水動力學性能，實際應(yīng)用中建議立式雙弧面網(wǎng)板最大相對彎度設(shè)計為12%，展弦比設(shè)計為2.0，此時網(wǎng)板的主要水動力學性能參數(shù)均為前40%水平，具有最大升力系數(shù)和最大升阻比相對較高、阻力系數(shù)較低的優(yōu)點。

南極磷蝦；拖網(wǎng)網(wǎng)板；水動力性能；模型實驗

目前中國從事南極磷蝦商業(yè)化開發(fā)的規(guī)模日益擴大，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)達國家相比仍存在一定的差距［1］。拖網(wǎng)網(wǎng)板是拖網(wǎng)漁船實現(xiàn)拖網(wǎng)水平擴張的重要構(gòu)件，其水動力學性能的優(yōu)劣是影響漁獲量和捕撈效率的重要因素［2－5］。針對網(wǎng)板水動力學性能的研究普遍采用模型試驗或數(shù)值模擬的方法［6－11］。日本學者在進行網(wǎng)板水動力學性能測試時主要采用循環(huán)水槽實驗的方法［12－19］。國內(nèi)模型網(wǎng)板實驗早期主要在風洞設(shè)備中完成［2，20－24］，近年來逐漸開始在水槽中開展模型實驗［25－30］。在以往的研究中，關(guān)注的焦點一方面是針對某具體型式網(wǎng)板開展模型實驗，作為網(wǎng)板

選型的依據(jù)。如對矩形“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］為主要研究對象的實驗研究。另一方面是在完成網(wǎng)板選型后，為了優(yōu)化改進性能，研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對網(wǎng)板水動力學性能的影響。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］、導流板曲率及其縫口寬度［22－23］、開縫數(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)對不同類型網(wǎng)板水動力學性能的影響。

根據(jù)南極磷蝦捕撈作業(yè)中目標水層較淺、拖速較低、拖曳時間較短的特點，簡單延續(xù)使用原中層拖網(wǎng)作業(yè)時的網(wǎng)板會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。本文對一種立式曲面雙弧面型網(wǎng)板進行了水槽模型實驗，分析了展弦比和最大相對彎度對拖網(wǎng)網(wǎng)板水動力學性能的影響，探討高性能拖網(wǎng)網(wǎng)板的優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 實驗條件

實驗在東海水產(chǎn)研究所循環(huán)水槽中完成，水槽實驗段尺度為180 cm×50 cm×50 cm，最大流速為2.5 m·s－1。如圖1所示，實驗模型安裝于水槽實驗段中部，通過連接桿連接實驗模型和三分力傳感器。模型的迎流沖角通過旋轉(zhuǎn)工作臺進行調(diào)節(jié)。測量儀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），測量數(shù)據(jù)由電腦記錄儲存。

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)流體力學相似性原理，本實驗采用雷諾相似準則，即模型網(wǎng)板雷諾數(shù)等于實物網(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0.2 m，壁厚3 mm。實驗模型采用立體光固化成型法（SLA，3D打?。┲谱鳎Ｐ途取?.1 mm，細節(jié)分辨率0.4 mm，最小壁厚1 mm，打印層厚0.1 mm，材質(zhì)為光敏樹脂復合材料。

模型網(wǎng)板參照雙因素實驗方法設(shè)計，其中因素一為展弦比，因素二為最大相對彎度，共20個模型。展弦比（λ）為翼展長l與翼弦長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fmax為網(wǎng)板中弧線與翼弦之間的最大距離，最大相對彎度f定義為網(wǎng)板最大彎度與翼弦長的百分比。展弦比（λ）共設(shè)5個系列，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)板最大相對彎度設(shè)4個系列，分別為8%、10%、12%、14%，以數(shù)字“1～4”表示。即以編號C2表示展弦比λ＝2.0、最大相對彎度為10%的模型網(wǎng)板。

圖2 實驗模型和橫截面示意圖Fig.2 Experimental model otter board and its cross section diagram

1.3 實驗工況

具體實驗工況見表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。實驗流速范圍為0.6～1.0 m·s－1，以 0.1m·s－1為一檔。

表1 實驗工況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)過支桿干擾修正，計算網(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—流體運動粘度（m2·s－1）；b—特征長度（m），此處取為翼弦長度。

以網(wǎng)板的臨界沖角（α0）、最大升力系數(shù)（CLmax）、臨界沖角時的升阻比（Kα0）和最大升阻比（Kmax）作為表征拖網(wǎng)網(wǎng)板水動力學性能的主要參數(shù)。使用SPSS 17.0統(tǒng)計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彎度對拖網(wǎng)網(wǎng)板主要水動力學性能參數(shù)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 自動模型區(qū)

以C2模型網(wǎng)板（展弦比λ＝2.0、最大相對彎度為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Re≥1.00×105時，升力系數(shù)和阻力系數(shù)基本保持不變，視為進入自動模型區(qū)，將自模區(qū)內(nèi)測得的升力系數(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)板的水動力學性能

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

以λ＝2.0為例，詳細說明不同沖角下網(wǎng)板升力系數(shù)和升阻比的變化趨勢。當沖角α為0°～50°時，網(wǎng)板升力系數(shù) CLC4＞CLC3＞CLC2＞CLC1（其中 α＝0°時，CLC2＞CLC4＞CLC1；α＝40°時，CLC3＞CLC4＞CLC2；α＝50°時，CLC3＞CLC1＞CLC2）。升力系數(shù)達到最大值時的臨界沖角α0分別為20°（C1）、20°（C2）、25°（C3）和22.5°（C4）。當 α為0°～17.5°時，升阻比 KC1＞KC3＞KC2＞KC4（其中α＝10°時，KC3＞KC4＞KC2）；當 α為 20°～30°時，升阻比 KC4＞KC3＞KC2＞KC1（其中 α＝20°時，KC3＞KC4＞KC2；α＝27.5°時，KC3＞KC1＞KC2）；當α為32.5°～50°時，升阻比 KC3＞KC4＞KC1＞KC2（其中 α＝50°時，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 不同最大相對彎度下網(wǎng)板的水動力學性能Fig.4 Hydrodynamic performance of the otter board at different maximum relative camber

2.3 主要水動力學性能參數(shù)的變化

實驗中將展弦比和最大相對彎度分別分為5個水平和4個水平進行研究，以這2個因素作為類別變量，探求不同水平下網(wǎng)板水動力學性能的影響情況。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彎度對最大升力系數(shù)和最大升阻比的影響極顯著（P＜0.01），兩者間交互項對CLmax和Kmax無顯著影響（P＞0.05），故分別討論兩因素對CLmax和Kmax的影響。展弦比和兩者間交互項對 Kα0影響極顯著（P＜0.01），最大相對彎度對Kα0無顯著影響（P＞0.05）。最大相對彎度對臨界沖角影響較顯著（0.01＜P＜0.05），展弦比對臨界沖角無顯著影響（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彎度下的主要水動力學性能參數(shù)。圖5和圖6－a中虛線為散點圖的線性趨勢線，圖6－b中虛線為散點圖的二項式趨勢線。如圖5－a所示，CLmax隨展弦比和最大相對彎度的增加而升高。如圖5－b所示，Kmax隨展弦比的增加而升高，但隨最大相對彎度的增加而呈下降趨勢。如圖6－a所示，隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對彎度為12%和14%）和上升（最大相對彎度為8%）趨勢。最大相對彎度為10%時，α0在27.5°～30°間波動變化，趨勢線基本保持水平。隨著最大相對彎度的上升，α0呈上升趨勢。如圖6－b所示，隨著展弦比的增加，Kα0呈先升后降趨勢，λ＝2.0時Kα0值相對較高。最大相對彎度為12%、λ＝2.0時，網(wǎng)板的主要水動力學性能參數(shù)（CLmax、Kα0和 Kmax）均為前 40%水平，綜合水動力學性能較佳。

3 討論

3.1 展弦比對網(wǎng)板水動力學性能的影響

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)板升力的主要來源［2］。樸倉斗等［12］認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］通過網(wǎng)板系列模型風洞實驗研究了4種不同展弦比立式圓弧形曲面網(wǎng)板的水動力學性能，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，Kα0呈先升后降趨勢，λ＝2.0時 Kα0值相對較高，與上述結(jié)論相吻合。郭根喜等［2］根據(jù)實驗結(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，展弦比對臨界沖角無顯著影響（P＞0.05），隨著展弦比的增加，α0分別呈下降（最大相對彎度為12%和14%）和上升（最大相對彎度為8%）趨勢。最大相對彎度為10%時，α0在27.5°～30°間波動變化，趨勢線基本保持水平。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值則呈上升趨勢而α0呈下降趨勢。認為是由于翼端背渦流隨著展弦比的增加對水流分離的抑制能力減弱，導致網(wǎng)板的擴張性能下降［17］。本研究未觀測到CLmax值隨著展弦比的增加出現(xiàn)先升后降的變化趨勢。這是由于本實驗中展弦比的最大水平取為2.4所致。原因是在南極磷蝦實際生產(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，壓力中心系數(shù)波動增大，將造成網(wǎng)板的穩(wěn)定性能下降［13－14］。本實驗中，在最大相對彎度相同條件下，展弦比為2.0時，網(wǎng)板臨界沖角時的升阻比Kα0值較高。

表2 網(wǎng)板主要水動力學性能參數(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 最大相對彎度對網(wǎng)板水動力學性能的影響

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］通過研究4種不同彎度立式圓弧形曲面網(wǎng)板的水動力學性能，得出隨著相對彎度的增大，CLmax值逐漸變小，提出翼型的相對彎度不宜過大，以7%～10%為宜。樸倉斗等［13］也認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)板的阻力也同時增加。本研究結(jié)果與上述結(jié)論不同，這是因為之前所研究的立式圓弧形曲面網(wǎng)板為單圓弧面結(jié)構(gòu)，隨著相對彎度增大，迎流面積也相應(yīng)增加。另外，單圓弧面彎曲度的增加會影響到網(wǎng)板內(nèi)外側(cè)的壓力差和背渦流強度，并抑制背渦流對水流的分離能力，導致升力系數(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)，當最大相對彎度增加時，網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和外側(cè)圓弧面相對彎度同時變化，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)?？諝鈩恿W領(lǐng)域中翼型彎度對風力機翼型氣動性能的影響結(jié)果表明，相同翼型厚度的條件下，通過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］。但超過一定的范圍后，由于流動容易分離，背渦流的分布范圍增大、數(shù)量增多，導致翼型所受阻力迅速增加，升阻比也同時下降［32］。本研究中，隨著最大相對彎度的增加，CLmax和α0呈上升趨勢，但Kmax呈下降趨勢。這是因為風力機翼型彎度變化幅度較小（0.95%～4.46%之間），而本研究最大相對彎度變化較大（8%～14%之間）。隨著最大相對彎度的增加，雖然升力系數(shù)有所提高，但阻力系數(shù)也相應(yīng)增加，導致Kmax呈下降趨勢。因此在網(wǎng)板設(shè)計中，網(wǎng)板只有選取適當?shù)淖畲笙鄬澏?，有利于獲得良好的翼面壓力分布和保持層流流動。本實驗中，在相同展弦比（λ＝2.0）條件下，最大相對彎度為12%時，網(wǎng)板最大升力系數(shù)和最大升阻比相對較高，阻力系數(shù)較低。

4 小結(jié)

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

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

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

［1］ 黃洪亮，陳雪忠，劉 健，等.南極磷蝦漁業(yè)近況與趨勢分析［J］.極地研究，2015，27（1）：25－30.

HUANG H L，CHEN X Z，LIU J，et al.Analysis of the status and trend of the Antarctic krill fishery［J］.Chinese Journal of Polar Research，2015，27（1）：25－30.

［2］ 郭根喜，劉同渝，黃小華，等.拖網(wǎng)網(wǎng)板動力學理論研究與實踐［M］.廣州：廣東科技出版社，2008：160－211.

GUO G X，LIU T Y，HUANG X H，et al.Theory research and practice of the hydrodynamic of otter board［M］.Guangzhou：Guangdong Science and Technology Press，2008：160－211.

［3］ 張 勛，王明彥，徐寶生.拖網(wǎng)網(wǎng)板型式、結(jié)構(gòu)與性能的研究與應(yīng)用進展［J］.中國水產(chǎn)科學，2004，11（z1）：107－113.

ZHANG X，WANG M Y，XU B S.A primary study on type，structure and performance of trawl otter board［J］.Journal of Fishery Sciences of China，2004，11（z1）：107－113.

［4］ 莊 鑫，邢彬彬，許傳才，等.網(wǎng)板水動力性能研究綜述［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2015，42（5）：63－68.

ZHUANG X，XING B B，XU C C，et al.Research overview on hydrodynamic characteristics of otter board［J］.Fishery Modernization，2015，42（5）：63－68.

［5］ BROADHURST M K，STERLING D J，CULLIS B R.Effects of otter boards on catches of an Australian penaeid trawl［J］.Fisheries Research，2012（131－133）：67－75.

［6］ 陳雪忠，黃錫昌.漁具模型試驗理論與方法［M］.上海：上海科學技術(shù)出版社，2011：388－425.

CHEN X Z，HUANG X C.Theory and method of fishing gear model test［M］.Shanghai：Shanghai Science and Technology Press，2011：388－425.

［7］ SALAA A，F(xiàn)ARRANB JP，ANTONIJUAN J，et al.Performance and impact on the seabed of an existing and an experimental－otterboard comparison between model testing and full－scale sea trials［J］.Fisheries Research，2009（100）：156－166.

［8］ TAKAJASHI Y，F(xiàn)UJIMORI Y，HU F X，et al.Design of trawl otter boards using computational fluid dynamics［J］.Fisheries Research，2015（161）：400－407.

［9］ PARK H H.A method for estimating the gear shape of a mid-water trawl［J］.Ocean Engineering，2007，34（3－4）：470－478.

［10］ PRAT J，ANTONIJUAN J，F(xiàn)OLCH A，et al.A simplified model of the interaction of the trawl warps，the otter boards and netting drag［J］.Fisheries Research，2008，94（1）：109－117.

［11］ SUN X F，YIN Y，JIN Y C，et al.The modeling of single-boat，mid-water trawl systems for fishing simulation［J］.Fisheries Research，2011，109（1）：7－15.

［12］ 樸倉斗，松田皎，東海正.平板の揚力特性に及ぼす翼端渦の影響［J］.日本水產(chǎn)學會誌，1996，62（2）：248－253.

PARK C，MATSUDA K，TOKAI T.Effects of wingtip vortices on lift of the flat plates with low aspect ratio［J］.The Japanese Society of Fisheries Science，1996，62（2）：248－253.

［13］ 樸倉斗，松田皎，胡夫祥，等.反り比の異なる灣曲板の流體特性に及ぼす底面の影響［J］.日本水產(chǎn)學會誌，1993，59（4）：627－632.

PARK C， MATSUDA K， HU F X， et al.Hydrodynamic characteristics of cambered plates in free stream and near the bottom［J］.The Japanese Society of Fisheries Science，1993，59（4）：627－632.

［14］ 樸倉斗，松田皎，胡夫祥，等.縦橫比の異なる平板の揚抗力特性に及ぼす底面の影響［J］.日本水產(chǎn)學會誌，1993，59（1）：79－84.

PARK C，MATSUDA K，HU F X，et al.The effect of the bottom on the hydrodynamic characteristics of the flat plates［J］.The Japanese Society of Fisheries Science，1993，59（1）：79－84.

［15］ 福田賢吾，松田皎，胡夫祥，等.複葉型オッターボードの流體特性に関する模型実験［J］.日本水產(chǎn)學會誌，1997，63（2）：207－212.

FUKUDA K，MATSUDA K，HU F X，et al.A model experiment on hydrodynamic characteristics of biplane-type otter board［J］.The Japanese Society of Fisheries Science，1997，63（2）：207－212.

［16］ 福田賢吾，胡夫祥，東海正，等.複葉型オッターボードの流體特性に及ぼす灣曲板の縦橫比および反り比の影響［J］.日本水產(chǎn)學會誌，1999，65（5）：860－865.

FUKUDA K，HU F X，TOKAI T，et al.Effects of aspect and camber ratios on hydrodynamic characteristics of biplane-type otter board［J］.The Japanese Society of Fisheries Science，1999，65（5）：860－865.

［17］ 福田賢吾，胡夫祥，東海正，等.灣曲板の揚抗力特性に及ぼす縦橫比の影響［J］.日本水產(chǎn)學會誌，2000，66（1）：97－103.

FUKUDA K，HU F X，TOKAI T，et al.Effect of aspect ratio on lift and drag coefficients of cambered plates［J］. The Japanese Society of Fisheries Science，2000，66（1）：97－103.

［18］ 木下弘実，熊沢泰生.柔構(gòu)造拡網(wǎng)裝置（カイト）を用いたトロール漁具の開発［J］.日本水產(chǎn)工學，2011，48（2）：89－98.

KINOSHITA H， KUMAZAWA T. Taisei development of trawl gear with canvas kite［J］.The Japanese Society of Fisheries Engineering，2011，48（2）：89－98.

［19］ 山崎慎太郎，松下吉樹，川島敏彥，等.伊勢灣底びき網(wǎng)漁業(yè)に用いられるオッターボードの性能評価と新型オッターボードの提案［J］.日本水產(chǎn)學會誌，2007，73（2）：220－225.

YAMASAKI S，MATSUSHITA Y，KAWASHIMA T，et al.Evaluation of a conventional otter board used in trawl fishery in Ise-wan Bay and proposal of a new design［J］. The Japanese Society of Fisheries Science，2007，73（2）：220－225.

［20］ 關(guān)長濤，潘生弟.大型拖網(wǎng)漁船網(wǎng)板性能的試驗研究［J］.海洋水產(chǎn)研究，1998，19（2）：93－100.

GUAN C T，PAN S D.Experimental study on the performance of the large trawl otter board［J］.Marine Fisheries Research，1998，19（2）：93－100.

［21］ 王明彥，王錦浩，張 勛，等.立式V型曲面網(wǎng)板的水動力性能［J］.水產(chǎn)學報，2004，28（3）：311－315.

WANG M Y，WANG J H，ZHANG X，et al.Hydrodynamic characteristics of vertical V type otter boar［J］.Journal of Fisheries of China，2004，28（3）：311－315.

［22］ 張 勛，王錦浩，王明彥，等.矩形V型曲面網(wǎng)板水動力性能的研究－I：導流板曲率與網(wǎng)板水動力性能的關(guān)系［J］.中國水產(chǎn)科學，2004，11（z1）：5－8.

ZHANG X，WANG J H，WANG M Y，et al.Hydrodynamic characteristics of rectangular cambered V type otter board I：Relationship between cambered ratio of fairwater fin and hydrodynamic characteristics of otter board［J］.Journal of Fishery Sciences of China，2004，11（z1）：5－8.

［23］ 王錦浩，張 勛，王明彥，等.矩形V型曲面網(wǎng)板水動力性能的研究-II：展弦比、縫口位置、縫口寬度對網(wǎng)板水動力性能的影響［J］.中國水產(chǎn)科學，2004，11（z1）：9－13.

WANG J H，ZHANG X，WANG M Y，et al.Hydrodynamic characteristics of rectangular cambered V type otter board II：Effects of aspect ratio，slotted position and slotted width on hydrodynamic characteristics of otter board［J］.Journal of Fishery Sciences of China，2004，11（z1）：9－13.

［24］ 王 磊，王魯民，馮春雷，等.葉板尺度比例變化對單縫曲面網(wǎng)板水動力性能的影響［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2015，42（6）：55－60.

WANGL，WANGL M，F(xiàn)ENGCL，et al.Influence of vane dimension on hydrodynamic performances of single slotted cambered otter board［J］.Fishery Modernization，2015，42（6）：55－60.

［25］ 李崇聰，梁振林，黃六一，等.小型單拖網(wǎng)漁船V型網(wǎng)板水動力性能研究［J］.海洋科學，2013，37（11）：69－73.

LI C C， LIANG Z L， HUANG L Y， et al.Hydrodynamic study on a vee type otter board of small trawl vessel［J］.Marine Sciences，2013，37（11）：69－73.

［26］ 劉 健，黃洪亮，陳 帥，等.小展弦比立式曲面網(wǎng)板的水動力性能［J］.水產(chǎn)學報，2013，37（11）：1742－1749.

LIU J， HUANG H L， CHEN S， et al.Hydrodynamic characteristics of low aspect ratio vertical cambered otter board［J］. Journal of Fisheries of China，2013，37（11）：1742－1749.

［27］ 劉 健，黃洪亮，陳 帥，等.兩種立式曲面V型網(wǎng)板水動力性能的實驗研究［J］.水動力學研究與進展 A輯，2014，29（2）：183－188.

LIU J，HUANG H L，CHEN S，et al.Model test of the hydrodynamic characteristics of two vertical cambered V type otter boards［J］.Journal of Hydrodynamics，2014，29（2）：183－188.

［28］ 劉 健，黃洪亮，吳 越，等.2種立式曲面縫翼式網(wǎng)板水動力學性能的試驗研究［J］.南方水產(chǎn)科學，2015，11（1）：68－74.

LIU J，HUANG H L，WU Y，et al.Model test of hydrodynamic characteristics of two types of vertical cambered slotted otter boards［J］.South China Fisheries Science，2015，11（1）：68－74.

［29］ 劉 健，黃洪亮，陳 勇，等.南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板水動力性能分析［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2015，42（2）：50－54.

LIU J，HUANG H L，CHEN Y，et al.Analysis on the hydrodynamic characteristics of Antarctic krill trawl otter board［J］.Fishery Modernization，2015，42（2）：50－54.

［30］ 莊 鑫.高升力雙葉型網(wǎng)板的開發(fā)研究［D］.大連：大連海洋大學，2015.

ZHUANG X.The research and development on biplane type hyper lift trawl door［D］.Dalian：Dalian Ocean University，2015.

［31］ 中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所.南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)板［P］.中國：CN2014202435910，2014－10－01.

East China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences.The Antarctic krill otter board［P］.China Patent：CN2014202435910，2014－10－01.

［32］ 李仁年，張士昂，楊 瑞，等.風力機的翼型彎度對風力機翼型氣動性能的影響［J］.流體機械，2009，37（5）：17－21.

LI R N，ZHANG S A，YANG R，et al.Effect of aerofoil camber on airfoil aerodynamic performance［J］.Fluid Machinery，2009，37（5）：17－21.

［33］ 張 旭，李 偉，邢靜忠.相對彎度對鈍尾緣改型提升翼型氣動性能的影響［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45（8）：214－219.

ZHANG X，LI W，XING J Z.Effect of relative camber on improving airfoil aerodynamic performance by blunt trailing-edge modification［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery，2014，45（8）：214－219.

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（201203018），國家自然科學基金青年項目（31402351）

劉 健（1985－），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