In order to make an accurate measurement of the drag force of the immersed body against the stream, a simple device was devised by attaching the strain gauge on a steel plate. It has become clear that direct measurement of the drag force of the immersed body by use of the device is feasible, and also the value obtained by indirect measurement which has been employed in this laboratory must be revised by approximately 10%

Nakasai Kei

Nishinokubi Hideyuki

Tamura Hideya

Nagasaki University's Academic Output SITE: NAOSITE

Bull. Fac. Fish. Nagasaki Univ., No. 37,  55-.59 (1974) 55A Method to Measure the Drag Force       of the  Immersed BodyHideyuki NISHINOKUBI,  Hideya TAMURA and Kei NAKASAI In order to make an accurate measurement of the drag force of the immersed body against the stream, a simple device was devised by attaching the strain gauge on a steel plate.  It has become clear that direct measurement of the drag force of the immersed body by use of the device is feasible, and also the value obtained by indirect measurement which has  been,  employed in this laboratory must be revised by approximately  10%.Introduction  One of the method to design a new fishing gear or to improve an old one is model experiment using water tank. The water tank experiment of the fishing gear has been carried out for the respective purpose in two ways. One is the most popular method which was first presented by Tauti using a model made according to the law of similarity between model and full-scale net. The other is to verify the theoretical analysis of the gear. This method is mainly employed in this laboratory. The data obtained in the course of experiment are quite necessary for research. For example, in the study of tow net, the distance between danlenos, the height of net mouth and total resistance of the net are three important factors that must be obtained. The distance between danlenos or the height of the net mouth is obtained without  difficulty by direct measurement or by measuring with a rule the photograph taken in the course of experiment. However, the accurate measurement of total resistance of the net in water is not obtained easily. Recently, the commercial strain gauge is employed popularly in the field of research work. It is, however, impossible to use it directly in water to measure the force acting on the net. In this laboratory, therefore, the force acting on the net in water is measured by use of an unbonded transducer equipped over the position of the net in air and connected by a string to the immersed net through a pulley in order to change the direction of the string at right angles. Therefore, as the force obtained by the transducer is loaded with both the total force of the immersed net and the  frictional force of the pulley, it is  considered that the value obtained in the courseof experiment requires some correction.  Here, in  this report, a simple device to measure the drag force of the immersed body is described and the revised value against the conventional experiments is sought.MethodIn order to obtain the influence of the immersed pulley, the resistance of an56 H．　NrsmNoKuBi，　et　al　：　A　Method　to　Measure　the　Drag　Forceimmersed　body　which　is　towed　against　the　stream　in　the　water　tank　was　measureddirectly　as　well　as　indirectly　through　the　pulley　as　shown　in　Fig．　1．　The　immersed8 9 A　　　　　　　　　8sGFRP FRFig．　1．　Schemaitc　view　of　Experiment　I（left）　and　Experiment　II　（right）．　Key一　A，　dynamic　strain　amplifier；　B，　bridge　box；　　　　　　F，　flow　speed　measuring　device；　　　　　　G，　steel　plate　borided　with　strain’　gauge；　　　　　　P，　pulley；　R，　immersed　body；　　　　　　T，　unbonded　transducer．circular　cone　shape　body　made　of　polyethylene　was　loaded　with　lead　so　as　to　bestable　in　the　stream．　　Hereinafter，　the　direct　measurement　refers　to　Experiment　1　and　the　indirect　mea－surement　to　Experiment　II．Experiment　I　　The　immersed　body，　R　in　Fig．　1，　was　connected　directly　to　the　steel　plate　（G＞（218×12xO．8mm）　by　a　string．　The　hydrodynamic　force　acting　on　the　immersed　bodydeforms　the　steel　plate　by　flow．　Therefore，　the　strain　gauge　（Kyowa　KP－10－Al－17）was　bonded　upon　the　steel　plate　on　both　sides　according　to　the　active　dummy　methodas　shown　in　Fig．　2．　The　bonded　gauge　was　covered　with　a　coating　material　to　be　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　made　water－tight．　The　terminal　of　the　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　strain　gauge　was　connected　to　the　bridge　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　box　（Kyowa　DB－120K），’B　in　Fig．　1，　the　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　dynamic　strain　amplifier　（Kyowa　DPM－　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　steet’piute　IN）　and　the　linear　corder　（Model　WTR　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　281）．　　　Fig．　2．　Schematic　view　of　force　meaSuring　　　　　　　　　device．o oo 孟 ＼㎞inol9閃i両600eS雪Experiment　II　　The　．immersed　body　was　・connected　by　a　string　to　the　unbonded　transducer　（Kyowa120T－200C）　shown　by　T　in　Fig．　1．　The　pulley　（P）　was　employed　to　change　thedirection　of　the　string　at　right　angles．　And　the　transducer　was　connected　to　thedynamic　strain　amplifier　（A）　and　then　to　the　linear　corder．Measurement　of　the　flow　speed　　In　the　course　of　experiment，　the　exact　value　of　flow　speed　must　be　obtained，because　the　force　of　the　immersed　body　varies　with　a　variety　of　flow　speed．　Theelectric　current　rneter　（Dentan　CM－IB）　was　employed　to　measure　the　flow　speed　inprevious　papersi，2，3）4，5），　however，　this　was　not　so　sensitive　to　follow　the　fullvariety　of　flow　speed，　especially　in　low　flow　speed　where　the　propeller　of　the　currentmeter　could　not．swing　due　to　the　friction　of・its　axis．　Therefore，　the　strain　obtainedby　the　defotmation　of　the　steel　plate　by　flow　was　converted　into　the　flow　speed．，Bull．　Fac．　Fish．　Nagasaki　Univ．，．No．　37，　（1974） 57　　The　steel　plate　whieh　was　bonded　withthe　strain．　gauge　on　both　sides　wasdepressed　and　carved　in　part　so　as　todeform　easily　even　at　slow　flow　speedas　shown　schematically　in　Fig．　3．　　The　strain　by　flow　was　recordedsimultaneously　with　the　force　measure－ment　by　the　linear　corder．o o0Torminul翫rdn　GogeSセe●1 Pl“Fig．　3． Schematic　vieW　’of　flow　speedmeasuring　device．Result　and　Discussion　　As　the　recorded　values　on　the　chart　of　the　linear　cordet　was　shown　in　strain，　it，was　first　converted　into　the　value　Qf　weight　in　gram．　The　relation　between　the　strainand　weight　in　gram　for　the　force　measuring　device　is　shown　in　Fig．　4　and　for　theflow　speed　measuring　device　in　’Fig．　5．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　The　flow　speed　in　cm／sec　was　calcula一xlo’g20001500　を呈1000m500o 　　　　50　｛oo．　150　　　　　　　　　　Wdoh曾（9）The　relation　between　the　strain　andweight　for　the　force　measuringdevice．ted　by　the　equation　　　　　R　＝＝　｛1｝一Cdpl／2A，where　R　is　the　drag　force　of　theimmersed　plate，　Cd　the　drag　coefficient，p　the　density　of　fluid，　V　the　flow　speedand　A　the　area　of　steel　plate　in　thestream．　And　the　relation　between　thestrain　and　flow　speed　and　also　towingforce　is　shown　in　Fig．　6．　ln　the　figure，1’iO，／嚢iiilFig．　4．oFig．　5．tmt　o　sont’iTt　　…’S6　　　’　　6p　　　　　　　Welght　〈g）The　relation　between　the　strainand　weight　for　the　flow　speedmeasuring　device．the　CUrved　line　S　shows　the　relation　between　the　strain　and　flow　speed，　and　thepoint　marked　with　a　circle　is　the　drag　force　．　of　the　immersed　body　which　is　obtainedby　subtracting　the　drag　force　of　the　steel　plate　that　is　calculated　by　the　abovementioned　equation　from　the　recorded　value　in　Experiment　1．　Because，　the　valueobtained　in　Experiment　1　contain　both　the　drag　force　against　the　stream　of　the　steelplate　and　that　of　the　immersed　body．　The　point　marked　with　a　double　circle　is　thevalue　obtained　in　the　course　of　Experiment　II．　The　straight　lines　1　and　II　weredrawn　by　the　method　of　least　squares．　　By　the　use　of　Fig．　6，　the　drag　force　of　the　immersed　body　which　is　towed　againstthe　stream　of　any　water　speed　is　obtained　immediately．　For　example，　as　shown　by　adotted　line　in　Fig．　6，　consider　that　Va　is　an　arbitrarily　chosen・water　speed　and　then58 H．　NisHiNoKuBi，　et　al　：　A　Method　to　Measure　the　Drag　Force605004（ooω、Eo》03「o巴ω」20｝2010五s　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　l　／　／1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　i＠　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　珊1＿＿＿＿　　皿．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＠，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　g　ot　le　ltoQQoQaQ．g］ooasoo80（O》　8」o」　2旧30ト064020　　　　　　　　　　　　　　　　　tOO　200　300　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　strqin　（xlo－6）Fig．　6，　The　relation　between　the　strain　and　the　towing　force　and　also　flow　speed．the　dotted　line　which　is　drawn　horizontally　from　the　point　Va　intersects　the　curvedline　S　at　the　point　Sa．　Then，　the　line　which　is　drawn　from　Sa　at　right　angles　down－ward　crosses　the　lines　1　and　II　at　the　points　la　and　Ila，　and　the　force　value　ofthese　points　is　seen　at　lf　and　Ilf，　respectively．　lt　is　considered　that　the　differencebetween　the　values　of　lf　and　Ilf　is　caused　by　the　frictional　force　of　the　immersedpulley．　　The　difference　rate　against　the　values　of　Experiment　II　is’shown　in　Fig．　7．　Asseen　in　the　figure，　the　rate　is　large　at　low　flow　speed　and　becomes　smaller　followingthe　increase　of　water　speed．　And　it　becomes　nearly　constant　in　the　range　of　flowspeed　exceeding　20cm／sec．　ln　this　range　the　rate　appears　to　be　10－12％　as　shown　bythe　dotted　lines　in　the　figure．　Therefore，　the　accurate　drag　force　acting　on　theBull．　Fac．　Fish．　Nagasaki　Univ．，　No．　37，　（1974） 59％20ゆ●言に　　　　　　10　20　50　40　50　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Water　Speed　（cm／sec）Fig．　7．　The　difference　rate　agaiust　the　values　gf　Experiment　II．60　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　timmersed　body　must　be　the　value　deducted　approximately　by　10％　from　the　valueobtained　by　the　method　of　Experiment　II．　　After　all，　the　best　method　to　measure　the　drag　force　of　the　immersed　body　againstthe　stream　is　a　direct　measurement，　but　the　circumstance　of　water　prevents　us　fromdoing　so．　However，　in　this　experiment　it　has　become　feasible　to　a　certain　extent　touse　the　strain　gauge　in　water　only　if　it　is　made　perfectly　water　proof．　　And　also　it　has　become　clear　that　the　drag　force　of　the　immersed　body　obtainedby　the　conventional　method　using　a　pulley　must　be　correc．　’ted　by　deducting　approxi－mately　10％．References1）　NAKAsAi，　K．　and　E．　FLoREs　：　Theoretical　studies　on　the　mechanical　characteristics　of　two－　　　seam　trawl　net。　This　Bull．，ろ2，113－128（1971）2）　FLoREs，　E．　and　K．　NAKAsAi　：　On　the　comparison　between　two－seam　trawl　net　and　four－　　　seam　trawl　net．　ibid．，　52，　129－134　（1971）3）　AHMAD，　M．　and　K．　NAKAsAi　：　The　mechanical　characteristics　of　a　six－seam　trawl　net．　ibid．，　　　56，　75－91　（1973）4）AHMAD，　M．，　H．　NlslllNoKuBI　and　K．　NAKAsAI二The　mechanical　comparison　of　a　six－seam　　　and　a　four－seam　traw1．　ibid．，　56，　93－101　（1973）5）　KAKui，　A．，　H．　NisHiNoKuBi　and　K　NAKAsAi　：　The　mechanical　study　on　the　west　Japan　　　small　type　tow　net．　ibid．，　56，　103－116　（1973）

流れの中にある物体の抗力測定の一方法

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流れの中にある物体の抗力測定の一方法

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