船舶推进第4章螺旋桨模型的敞水试验
船舶推进习题及解析(上交教材)
第一章1.除螺旋桨之外，船用推进器还有那些类型？简述他们的特点及所适用船舶类型?螺旋桨，风帆，明轮，直叶推进器，喷水推进器，水力锥形推进器螺旋桨：构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高。
风帆：推力依赖于风向和风力以至于船的速度和操纵性都受到限制。
仅在游艇，教练船和小渔船上仍采用明轮：构件简单，造价低廉，但蹼板入水时易产生拍水现象，而出水时又产生提水现象，因而效率较低。
目前用于部分内河船舶。
直叶推进器：可以发出任何方向的推理，操纵性好，推进器的效率高，在汹涛海面下，工作情况也较好，但构造复杂，造价昂贵，叶片保护性差极易损坏。
用于港口作业船或对操纵性有特殊要求的船舶喷水推进器：活动部分在船体内部，具有良好的保护性，操纵性能良好，水泵及喷管中水的重量均在船体内部，减少了船舶的有效载重量，喷管中水力损耗很大，故推进效率较低。
多用于内河潜水拖船上，近年来也用于滑行艇，水翼艇等高速船上。
水力锥形推进器：构造简单，设备轻便，船内无喷管效率比一般喷水推进器为高，航行于浅水及阻塞航道中的船只常采用此种推进器。
何谓有效马力（有效功率）？v航行时所受到的阻力为R，则阻力R在单位时间内所消耗的功为Rv，而有效推力Te在单位时间内所作的功为Te*v，两者在数值上相等，故Te*v（或者R*v）称为有效功率。
阻力试验R和V都可测。
3.何谓收到马力？它与主机马力的关系如何？收到马力：机器功率经过减速装置，推力轴承及主轴等传送至推进器，在主轴尾端与推进器连接处所量得的功率称为推进器的收到功率Pd表示。
Pd=Ps*ηs→传递效率或轴系功率4.推进效率。
推进系数如何定义？如何衡量船舶推进性能的优劣？推进效率：由于推进器本身在操作时有一定的能量损耗，且船身与推进器之间有相互影响，故有效功率总是小于推进器所收到的功率，两者之比称为推进效率，以ηd表示。
推进系数：有效功率与机器功率之比称为推进系数以P.C表示P.C=Pe/Ps P.C=ηdηs5.何谓船舶快速性？快速性优劣取决于那些因素？快速性：指船舶在给定主机功率情况下，在一定装载时于水中航行的快慢问题。
船舶实验
船舶与海洋工程实验技术实验报告班级：姓名：学号：指导老师：华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2016年6月1日螺旋桨敞水试验一、实验目的(1)对于某一具体的螺旋桨，通过模型试验可以确定实际螺旋桨的水动力性能。
(2)通过多方案的试验研究，可以分析螺旋桨的各种几何要素对水动力性能的影响。
(3)检验理论设计的正确性，不断完善理论设计的方法。
(4)通过对螺旋桨模型的系列试验，可以绘制成专用图谱，供设计螺旋桨使用。
现时广泛使用的楚思德B 系列图谱和MAU 系列图谱等都是螺旋桨模型系列敞水试验的结果。
二、实验原理满足以下条件：几何相似； 螺旋桨模型有足够的深度； 试验时雷诺数应大于临界雷诺数。
进度系数相等。
22412252(,)(,)A A V nD T n D f nD V nD Q n D f nD ρνρν==螺旋桨雷诺数采用ITTC 推荐表达式：νπ2275.0)75.0(Re nD v c a +=临界雷诺数一般大于3×105为消除自由液面影响，桨模的沉深深度：m s D h )0.1-625.0(≥三、实验设备主要设备是螺旋桨动力仪 。
四、实验内容敞水试验通常是保持螺旋桨转速不变，改变拖车前进速度。
速度范围应从Va ＝0至推力小于零的进速之间，在该范围内测点取15个左右。
1、敞水箱安装敞水箱为流线型，螺旋桨的轴从敞水箱的前端伸出箱外，外伸长度必须使桨模位于箱前的距离大于螺旋桨直径的3倍，以避免箱体的影响。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
2、仪器安装及操作进入数据采集界面，如图所示。
在拖车开动之前，要对采集系统进行调零。
即在水池水面平稳状态下，点击系统设定里面的“调零保存”，使该通道的工程值基本在0附近飘动。
在拖车开动之前，我们要给螺旋桨一定的转速。
具体转速的确定，要根据具体情况确定。
由进速系数公式 可知，螺旋桨直径D已定，如果螺旋桨转速n太低，我们需要提高进速V，才能是J达到足够到。
船舶推进_螺旋桨的空泡现象
高转速和大功率：军用船舶(如高速艇等)主机，并将高
速主机与螺旋桨直接相连。这类船的螺旋桨上空泡往往
在所难免，因而促进了所谓空泡螺旋桨或全空泡螺旋桨 的研究和发展。
船舶大型化和高功率：由于螺旋桨负荷不断增加，尾部
流场的不均匀性使螺旋桨上产生时生时灭的空泡，导致 桨叶剥蚀损伤，而且往往伴有强烈的尾部振动。
6
第6章 螺旋桨的空泡现象
本章主要内容
6.1 空泡的成因 6.2 叶切面的空泡现象及其对性能的影响 6.3 螺旋桨的空泡现象及其对性能的影响
6.4 螺旋桨模型的空泡试验
6.5 空泡校核 6.6 螺旋桨的噪声及谐鸣现象
7
6.1 空泡的成因
需要研究的课题
1. 空泡的机理是什么？ 2. 空泡到底有没有尺度效应？ 3. 空泡为什么会产生剥蚀及其防止的对策？ 4. 叶切面的空泡程度和性能究竟如何预测？
10330
气压越大沸点越高，气压越小沸点越低。 同样，深压在海底的水，其沸点也会随着其周围的压强 变化而变化。 不同温度下，水沸腾的压强是不同的，这个压强称为饱 和蒸气压，也称蒸气压。
10
6.1 空泡的成因
A点: p0,V0
B点: pb,Vb
11
6.1 空泡的成因
A点: p0,V0
B点: pb,Vb
当空气中所含水蒸气的量达到最大时就称这种空气为“饱和湿 空气”,与饱和湿空气对应的压力称为“饱和蒸气压力”。
9
6.1 空泡的成因
表 6-1汽化压力随温度的变化
水温t（oC） 5 10 15 20 30 40 50 60 100
汽化压力pv （kgf/m2）
89
125
174
【精品】船舶与海洋工程实验技术螺旋桨敞水试验指导书
船舶与海洋工程实验技术螺旋桨敞水试验指导书华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2015年5月20日0、前言............................................. 错误!未指定书签。
1、敞水箱安装....................................... 错误!未指定书签。
2、仪器安装及操作................................... 错误!未指定书签。
2.1动力仪........................................... 错误!未指定书签。
3、敞水试验数据处理错误!未指定书签。
图1敞水箱......................................... 错误!未指定书签。
图1动力仪......................................... 错误!未指定书签。
图2电机........................................... 错误!未指定书签。
图33KW稀土直流电动机调速装置...................... 错误!未指定书签。
图4转速数字显示仪................................. 错误!未指定书签。
图5WD990微机电源.................................. 错误!未指定书签。
图6操作台整体视图................................. 错误!未指定书签。
图7放大器背面接口................................. 错误!未指定书签。
图8放大器正面..................................... 错误!未指定书签。
图98HZ采集程序图标................................ 错误!未指定书签。
船舶敞水实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的和意义本次船舶敞水实验旨在通过在循环水槽中对船舶模型进行单独的水流条件下的性能试验，达到以下目的：1. 配合自航试验，分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能。
2. 分析比较各种船舶设计方案的优劣，选择性能最佳的船舶设计。
3. 进行船舶系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供船舶设计使用。
4. 根据船舶试验结果，验证船舶理论，分析几何参数对船舶性能的影响规律。
二、实验原理与背景船舶敞水实验是船舶推进领域的重要实验之一，通过对船舶模型在循环水槽中的敞水试验，可以获取船舶在不同工况下的推进性能数据。
实验原理基于流体力学和船舶推进理论，主要包括以下几个方面：1. 相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似，才能将模型试验数据应用于实桨。
2. 雷诺数：桨模试验的雷诺数必须超过临界值，以保证实验数据的可靠性。
3. 浸没深度：为了避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足一定条件。
三、实验设备与仪器本次实验使用的设备与仪器如下：1. 循环水槽：用于模拟船舶在水中的运动。
2. 螺旋桨模型：用于模拟实船推进系统。
3. 数据采集系统：用于采集实验数据。
4. 测速仪：用于测量螺旋桨转速。
5. 力传感器：用于测量螺旋桨受到的推力。
6. 计时器：用于测量船舶模型在水中的运动时间。
四、实验步骤与数据采集1. 实验准备：首先对实验设备进行检查，确保其正常工作。
然后，将螺旋桨模型安装在船舶模型上，调整螺旋桨的安装角度和浸没深度。
2. 实验开始：启动循环水槽，调整螺旋桨转速，使船舶模型在水槽中稳定运行。
3. 数据采集：使用数据采集系统实时采集螺旋桨转速、推力、船舶模型速度等数据。
4. 实验结束：关闭循环水槽，整理实验数据。
五、实验结果与分析1. 螺旋桨转速与推力关系：通过实验数据，可以得到螺旋桨转速与推力的关系曲线。
根据曲线，可以分析螺旋桨在不同转速下的推进性能。
船舶推进演示文稿
0.75R处的弦长与直径比 处的弦长与直径比
0.75R处的螺距比 处的螺距比
而
∆C D = C Dm − C Ds
5 t 0.044 C Dm = 2(1 + 2 )[ 1 − 2 ] b R 6 R 3
n n
t b − 2 .5 ] C Ds = 2(1 + 2 )[1.89 + 1.62 log b Kp
T (1 − t m ) + Z = Rm
两种试验方法： 两种试验方法： 1、纯粹自航法：使Z＝FD，保持船模速度与拖车速度相等，但难于调整； 保持船模速度与拖车速度相等，但难于调整； 、纯粹自航法： ＝ 2、强制自航法：对某一航速加 个强制力，Z1＝0，Z2＝0.5FD，Z3＝FD， 个强制力， 、强制自航法：对某一航速加5个强制力 ， Z4>FD，Z5>Z4，在Vm下进行 次试验，记录 ，T，QB， 下进行5次试验 记录Z， ， 次试验， nm，取多个航速进行试验。 取多个航速进行试验。
思考题：进行螺旋桨自航试验时应满足什么条件？ 思考题：进行螺旋桨自航试验时应满足什么条件？
螺旋桨模型的敞水试验
敞水试验的目的及作用: 敞水试验的目的及作用:
进行系列试验， 1、进行系列试验，绘制设计图谱 2、根据系列试验的结果分析几何要素对性能的影响 3、校核验证理论方法 4、配合自航试验分析推进效率成份
§4.1 螺旋桨的相似定理
螺旋桨的推力是直径，转速，水的密度， 螺旋桨的推力是直径，转速，水的密度，水的运动粘性系数及 重力加速度的函数
如几何相似的桨及桨模上述三参数相等，则水动力系数相等。 如几何相似的桨及桨模上述三参数相等，则水动力系数相等。 当桨轴沉没较深时： 当桨轴沉没较深时：
螺旋桨敞水试验报告
螺旋桨敞水实验一、实验目的和意义螺旋桨模型的敞水实验是在循环水槽中测试螺旋桨模型单独在水流条件下进行的性能试验，是《船舶推进》课程在整个教学过程中的一个重要环节，其目的： 1、 配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能 2、 分析比较各种螺旋桨设计方案的优劣，选择性能最佳的螺旋桨3、 进行螺旋桨系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供设计螺旋桨使用。
4、 根据螺旋桨试验结果，进行螺旋桨理论的验证，分析几何参数对螺旋桨性能的影响规律。
二、模型试验要求和准备工作图2.1 螺旋桨敞水试验布置图1、桨模敞水试验的相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似才能将模型试验数据应用在实桨上。
为避免缩尺影响过大，桨模试验的雷诺数Re 必须超过临界值，螺旋桨的雷诺数根据1957年ITTC 会议推荐采用的下列定义式Re =其中0.75C -- 0.75R （半径）处叶剖面的弦长（m ） D-- 螺旋桨的直径（m ） A V-- 螺旋桨的进速（m s ） n-- 螺旋桨的转速（round s ）υ--水的运动粘性系数（2m s ）根据1978年ITTC 会议建议，临界雷诺数为5Re 3.010=⨯临。
2、为避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，在桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足 1.0h D ≥，其中h 为桨轴中心线距水面的距离（m ）。
3、敞水动力仪的流线罩与桨模安装位置应有足够大的距离，以避免因流线罩干扰的水流影响试验结果。
一般要求桨轴伸出在罩外的长度大于三倍桨模直径。
4、螺旋桨轴端身在前面，其轴端平面对水流的干扰将影响进入桨面的水流，因此在试验时应加装导流罩帽。
桨模后方也应装有光顺的过渡导流罩，以使将毂到桨轴的阶梯处不致产生涡流。
5、螺旋桨动力仪在试验前应作静校验，并应测量轴承摩擦损耗和桨轴在水中旋转时的摩擦损耗s Q ∆和s T ∆，以便对试验结果进行修正。
校验时，将动力仪按照试验要求装载拖车上，在装桨模的位置处安装个假毂，其外形与桨毂相同，重量与桨模相近，可用铜或铅制成，桨轴埋水深度按试验要求放置。
《船舶推进学》--chapter4--螺旋桨型的敞水试验 - 给学生
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13 March 2015
4-4 螺旋桨模型系列试验及特性曲线组
4-4 螺旋桨模型系列试验及特性曲线组
4、后果
（1）模型桨进流速度太高，试验难以满足 （2）模型桨转速太高，试验难以实现 怎么办？ （3）模型桨推力过大，难以测量，强度难以保证
尺度效应 scale effect
模型桨与实桨因雷诺数不同引起的水动力性能差异
16 13 March 2015
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13 March 2015
4-2 临界雷诺数和尺度效应
C D C Dm C Ds
5 t 0.044 ) C Dm 2(1 2 )( 1 / 6 b Re Re 2 / 3
t b 2.5 C Ds 2(1 2 )(1.89 1.62 log ) b KP
23
K P 30 10 6 m
实桨粗糙度
13 March 2015 24 13 March 2015
尺度效应
模型桨与实桨因雷诺数不同引起的水动力性能差异
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4-2 临界雷诺数和尺ห้องสมุดไป่ตู้效应
4-2 临界雷诺数和尺度效应
二、尺度效应及修正方法
（1）不修正
为什么？
桨模光滑，实桨粗糙，抵消尺度效应 （2）只修正 K Q
K Qm K Qs ( Re m 2.58 ) Re s
（3） m S
4
4-3 敞水试验及测试数据表达
螺旋桨敞水试验技术
对转螺旋桨敞水试验技术 敞水试验是研究螺旋桨在均匀流场中的工作特性。
敞水试验的目的 是： （ ）进行系列模型桨试验，建立螺旋桨设计图谱； （ ）研究螺旋桨的不同几何特性参数对其水动力性能的影响，为 改进设计和优化设计提供试验数据； （ ） 提供模型自航试验和实雷推进性能预报必要的敞水性证曲线。
一、 试验方法和试验设备 螺旋桨敞水试验必须满足的相似准则是进速系数 。
雷诺数 氏数 、相对潜深 、弗都属于限制参数。
为了消除自由液面的影响 兴波 应大于或等于一个桨径。
为了避免严重和吸气 ，螺旋桨的轴线潜深的粘性尺度效应，桨模雷诺数要求大于某一临界值，这一点在下文将作 专门讨论。
试验方法有二种： 固定进速（拖车速度不变）、改变螺旋桨转速，此方法称等速 度法； 固定螺旋桨转速，改变进度（变化拖车速度），此方法称等转 速法。
目前使用的敞水试验装置有二种结构形式：一种是扁舟式敞水箱。
螺旋桨动力仪、换向和减速齿轮箱、电机等安装在箱体内，驱动螺旋桨 的空、实轴伸出箱体外，为减小箱体对螺旋桨流动的影响，螺旋桨与箱 体之间的轴向距离要求大于 倍桨直径。
另一种是炮弹式敞水试验装置。
其外型为流线型圆柱体，类似于炮弹形状。
动力仪及驱动螺旋桨 的传动轴系安装在圆柱体内。
圆柱体上方有一空心的弓形剖面的支杆一 直伸到水面上， 安放在水面上的电机通过直角传动机构驱动螺旋桨轴转 动。
这种结构形式的优点是对螺旋桨流动的干扰影响小，另外可以允许 增大潜深，提高车速。
敞水试验的主要测量仪器是螺旋桨动力仪。
中国船舶科学研究中心 水池用于正、反转螺旋桨敞水试验的动力仪有变磁阻式空、实轴螺旋桨 动力仪、电阻应变式多功能螺旋桨动力仪。
螺旋桨转速由光电式或磁电 式速度仪测量。
图 是鱼雷对转桨试验装置的示意图。
图鱼雷对转桨试验装置示意图内轴； 外轴； 空心万向轴节； 空心动力仪； 换向齿轮箱； ， 万向联轴节 减速齿轮箱； 光电测速仪； 二、 敞水试验数据表达 敞水试验测量的数据有：前桨推力 、后桨扭矩 、前桨扭矩 。
船舶与海洋工程实验技术-螺旋桨敞水试验指导书
船舶与海洋工程实验技术螺旋桨敞水试验指导书华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2015 年5月20日目录0、前言 (1)1、敞水箱安装 (1)2、仪器安装及操作 (2)2.1 动力仪 (2)3、敞水试验数据处理 (15)图目录图1 敞水箱 (2)图1 动力仪 (3)图2 电机 (4)图3 3KW稀土直流电动机调速装置 (5)图4 转速数字显示仪 (6)图5 WD990 微机电源 (7)图6 操作台整体视图 (8)图7 放大器背面接口 (9)图8 放大器正面 (10)图9 8HZ采集程序图标 (11)图10 敞水自航双桨 (12)图11 敞水系统设定 (13)图12 敞水数据采集 (14)图13 8HZ数据处理 (15)图14螺旋桨敞水性征曲线 (16)表目录表1 自航仪规格表 (2)0、前言螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，试验可以在船模试验池、循环水槽或空泡水筒中进行。
它是检定和分析螺旋桨性能较为简便的方法。
螺旋桨模型试验对于研究它的水动力性能有重要的作用，除为螺旋桨设计提供丰富的资料外，对理论的发展也提供可靠的基础。
螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用大致是：①进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。
现时各类螺旋桨的设计图谱都是根据系列试验结果绘制而成的。
②根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数之用，并为改善螺旋桨性能指出方向。
③它是校核和验证理论方法必不可少的手段。
④为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验, 以分析推进效率成分,比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。
有关螺旋桨敞水试验的详细理论请参考《船舶性能实验技术》（P60，第五章第六节），俞湘三等主编，上海交通大学出版,和《船舶原理（下册）》，盛振邦、刘应中主编，上海交通大学出版。
1、敞水箱安装敞水箱为流线型，螺旋桨的轴从敞水箱的前端伸出箱外，外伸长度必须使桨模位于箱前的距离大于螺旋桨直径的3倍，以避免箱体的影响。
第4章 敞水试验
16
19 23
hs = D
18 24
13
敞水箱
进速和转速的测量
模型的进速V 即拖车前进的速度。
A
螺旋桨转速由桨轴上转速传感器(光电 式)检测。
二、测量数据的表达
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
2400t油轮”大庆61号”桨模敞水性征曲线 MAU4-60 =0.778 桨模直径 =0.1238m 转速 0 =30转每秒 0 桨轴沉深 s =0.18m
雷诺数大于临界数值:
桨轴的足够沉深:
Rn Rnc
0 f 3 ( J )
hs> 0.625D
注意：桨模和实桨因雷诺数不同而引起两者水动力 性能之差异称为尺度作用(或尺度效应)。
§ 4-2
临界雷诺数和尺度效应
一、临界雷诺数 雷诺数: 决定粘性流体流动状态的基本参
数之一。
当雷诺数足够大时，界层中的流动才能达
VA T KT f1 ( ) 2 4 nD ρn D VA Q KQ f 2 ( ) 2 nD ρ n D5 KT J VA η0 f 3 ( ) KQ 2 π nD
一、敞水试验设备及测试仪器
第一种方法：保持桨模的转速不变，而
5 7
Rn =3×10
5
η
0
Rn×10
二、尺度作用及修正方法
因雷诺数不同而对螺旋桨性能的影响通常称为尺度 作用。 机翼试验的研究结果表明，雷诺数对升力系数CL 的影响不大，可以认为模型和实物的升力系数相同
即CLs
CLm
对阻力系数CD的影响较大，因为CD由粘性所引起。 由于实物之雷诺数较模型为高，故C <C 。两者之 差∆C =C －C 即为实物及模型之间的尺度作用。
船舶阻力与推进 答案
船舶阻力与推进答案一单项选择题1．以下关于降低粘压阻力的船型要求说法，错误的是（D ）A．去流段长度满足Lr4.≥B．后体收缩要缓和C．前体线型应适当注意D．避免船体曲率变化过小2．由于兴波干扰作用，兴波阻力曲线上会出现（B）。
A．首波系和尾波系B．波阻谷点和波阻峰点C．横波系、散波系D．基元波、叠加波3．船模阻力试验前要安装人工激流装置，一般用1φ=mm细金属丝缚在船模上，该金属丝应装在船模的（A）。
A．9.5站B．9.75站C．9.25站D．9站4．假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力，通常称为（D）A．雷诺定律B．傅汝德定律C．傅汝德假定D．平板假定5. 剩余阻力通常包含（B ）A．摩擦阻力和粘压阻力B．兴波阻力和粘压阻力C．破波阻力和波形阻力D．摩擦阻力和压差阻力6．下列几种推进器中，推进效率最高的是（A）A．螺旋桨B．明轮C．直叶推进器D．喷水推进器7．螺旋桨工作时，桨叶所受的应力最大处为（B）A．叶梢B．根部C．0.6R处D．0.25R处8．已知螺旋桨的直径为5米，该桨的盘面积等于（C）A．30.213m2B．4.90625m2C．19.625m2D．29.367m29．螺旋桨模型的敞水试验中，实际上桨模与实桨之间只能满足的条件为（C）A．傅汝德数相等B．雷诺数相等C．进速系数相等D．雷诺数和进速系数均相等10．某船的船后平均伴流分数为0.18，推力减额分数为0.13，则该船的船身效率为（D）A．0.96 B．1.0C．1.04 D．1.0611．螺旋桨进速AV与船速V的关系为（A）A．AV V<B．AV V>C．AV V=D．不确定12．下列不一定介于[0，1]之间的效率是（B）A．0ηB．HηC．RηD．Sη13．对于船体表面粗糙度的处理采用粗糙度补贴系数，对于一般船舶，我国取fC∆为（C）A．30210.-⨯B．30310.-⨯C．30410.-⨯D．30510.-⨯14．船模阻力试验是将实船按一定缩尺比制成几何相似的船模，在船池中拖曳以测得船模阻力与速度之间的关系，应满足的条件是（B）A．Re相等B．Fr相等C．Re和Fr相等D．无条件二、判断题（本大题共10小题，每题1分，共10分）1．当两条形似船雷诺数相等时，粘性阻力系数必相等。
螺旋桨敞水试验
nm D
设
m
2 m
ns D
s
2 s
m s
nm D n s D
2 m 2 s 2 m 2 s
nm D 2 ns D
16
2 相似条件及要求
要保持桨模和实桨进速系数和雷诺数 同时相等，必须满足
nm 2 ns VAm nm 1 VAs ns
桨模的推力系数等于实桨的推力系数
KT J V A nD 2 n 2 D 2 0 f3 ( , , ) K Q 2 nD gD
13
2 相似条件及要求
VA nD
nD 2
为进速系数J，运动相似基本条件 为雷诺数Re ，粘性相似条件 相当傅汝德数，重力相似条件，当桨 轴的沉没深度hs>0.625D,兴波影响 忽略，傅汝德数可不考虑
39
3.3 DH5922动态信号测试分析系统
输出部分:
通道数:2路 输出信号范围:0-5V(最大电流5mA) 输入阻抗:0.02Ω D/A转换分辨率:12位 D/A转换速度:2μ S
数字输入输出:
DI:8路,TTL标准电平 DO:8路,TTL标准电平
40
3.3 DH5922动态信号测试分析系统
计数器/计时器(8254)
仅修正扭矩系数 ｋ Q。利用平板摩擦阻力 公式直接对扭矩系数进行修正。若采用柏 兰特---许立汀公式 2.58
K Qm K Qs R em R es
1978 年 ITTC 推荐的修正方法，当模型桨 与实桨在同一进速系数时，按下式对推力 系数及扭矩系数进行修正。
KTs KTm KQs KQm KT KQ
3.1 敞水动力仪（H29-1）
直流电机
第四章螺旋桨模型的敞水试验船舶阻力与推进
第四章 螺旋桨模型的敞水试验螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，试验可以在船模试验池、循环水槽或空泡水筒中进行。
它是检验和分析螺旋桨性能较为简便的方法。
螺旋桨模型试验对于研究它的水动力性能有重要的作用，除为螺旋桨设计提供丰富的资料外，对理论的发展也提供可靠的基础。
螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用大致是：① 进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。
现时各类螺旋桨的设计图谱都是根据系列试验结果绘制而成的。
② 根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能指出方向。
③ 校核和验证理论方法必不可少的手段。
④ 为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。
螺旋桨模型试验的重要性如上所述，但模型和实际螺旋桨形状相似而大小不同，应该在怎样的条件下才能将模型试验的结果应用于实际螺旋桨，这是首先需要解决的问题。
为此，我们在下面将分别研究螺旋桨的相似理论以及尺度作用的影响。
§ 4-1 敞水试验的相似条件从“流体力学”及“船舶阻力”课程中已知，在流体中运动的模型与实物要达到力学上的全相似，必须满足几何相似、运动相似及动力相似。
研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结果基本上是一致的。
下面将用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法则求出螺旋桨作用力的大致规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。
可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运转时产生的水动力(推力或转矩)与直径D (代表螺旋桨的大小)、转速n 、进速V A 、水的密度ρ、水的运动粘性系数ν及重力加速度g 有关。
换言之，我们可用下列函数来表示推力T 和各因素之间的关系，即T = f 1(D ，n ，V A ，ρ，ν，g )，为了便于用因次分析法确定此函数的性质，将上式写作：T = k D a n b c A V ρ d ν e g f (4-1) 式中k 为比例常数，a 、b 、c 、d 、e 、f 均为未知指数。
船舶推进螺旋桨模型的敞水试验
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
§4-2 临界雷诺数及尺度效应
一、雷诺数：是以特征速度与特征尺寸的乘积 除以运动粘性系数所得的一个无因次系数。 根据1978年ITTC的规定，螺旋桨的雷诺数以 0.75R处叶切面的弦长及其合速度来表示：
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
二、临界雷诺数
螺旋桨模型试验时的雷诺数无法保持与实桨相 同，若雷诺数过低，则由于桨叶切面上流动状 态与实桨不同，将使试验结果无实用价值，因 此必须确立一个模型桨试验的最低雷诺数值称为临界雷诺数。决定粘性流体流动状态的基 本参数之一为雷诺数，当雷诺数足够大时，界 层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数 乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺 数。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
目前世界上已有不少性能优良的螺旋桨系列， 其中比较著名、应用较广的有：荷兰的B型螺 旋桨、日本的AU型螺旋桨和英国的高恩螺旋桨 等。B型和AU型螺旋桨适用于商船，而高恩螺 旋桨则适用于水面高速军舰。
目前世界各国比较有名的螺旋桨系列发展 情况，如表4-2和表4-3所示，可根据需要 选用。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
螺旋桨模型敞水试验报告
螺旋桨模型敞水试验实验报告
螺旋桨模型敞水试验的目的：
螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，该试验可以在船模试验水池、循环水池中进行。
它是鉴定和分析螺旋桨性能的较为简便可靠的方法。
该试验的目的是为了配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，或对若干方案进行比较分析。
试验步骤：
（1）在准备工作完成后，使螺旋桨叶背向拖车前进方向安装。
（2）按选定的螺旋桨转速保持转速不变，改变拖车的前进速度，在适当的速度范围内测量（10~15）个点，速度范围的选取应从0=Am V 到使推力0<m T 。
（3）在某一速度下同时记录以下数据： a 、螺旋桨转速m n 。
b 、螺旋桨前进速度Am V 。
c 、推力t T 。
d 、扭矩m Q 。
在试验操作时应注意下列事项： a 、 每次开车前水面要平静
b 、 待螺旋桨转速和车速达到预定值且稳定一段时间后，方可记录数据。
c 、 每次测试要先开车后启动电机，数据记录完毕后要先电机后停车，以防系泊情况发生，保证动力仪的安全。
试验数据处理：
由试验得到数据； 1、螺旋桨试验相关参数 浆模直径： m D 1175.0= 桨叶数：
4=Z 螺距比： 8.0=D P
模型缩尺： 40=λ
试验水温：
C t 20淡水=
由以上数据求J 、T K 、Q K 、0η 进速系数nD
V J A
=
推力系数4
2D n T
K T ρ=
扭矩系数5
2D
n Q
K Q ρ=
效率Q
T
K K J ⋅
=
πη20 1、 求进速系数J 由以上数据得。
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2）雷诺数对阻力系数影响较大，对扭矩的影响 较大。由于实物的雷诺数比比模型的大，则两 者之差即为实物与模型之间的尺度作用。
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2、螺旋桨的尺度作用对推力的影响较小，对扭 矩的影响较大。实浆和浆模在同一J值时，有：
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3、根据系列试验结果，可以系统地 分析螺旋桨各种几何要素对性能的影 响，以供设计时正确选择螺旋桨参数， 并为改善螺旋桨性能提供方向。
4、为配合自航试验而进行同一螺旋 桨模型的敞水试验，以分析推进效率 成分，比较各种设计方案的优劣，便 于选择最佳的螺旋桨。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
船舶原理
2008年11月18日
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
第四章 螺旋桨模型的敞水试验
螺旋桨模型单独在均匀水流中的试验称 为敞水试验。
试验目的
1、根据系列试验结果，整理后绘制成专门图 谱，供设计使用。
2、是校核和验证理论方法必不可少的手段。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
3、对模型试验的尺度修正方法
1）不修正。认为尺度作用主要影响阻力，但 实浆比较粗糙，因粗糙而增加的阻力大体抵 消了尺度作用，故可不予修正。
2）只修正转矩系数。认为尺度作用主要影响 转矩系数，对推力系数的影响很小可不予修 正。可以用平板摩擦阻力系数直接修正：
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§4-1 螺旋桨的相似定律
一、推力系数、转矩系数和效率函数
研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结
果基本上是一致的。用量纲分析法进行讨论，
也就是用因次分析法求出螺旋桨作用力的大致
规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。
可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运
转时产生的水动力(推力或转矩)与直径、转速、
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结论：当螺旋桨在敞水中运转时，如浆 轴沉没较深，则其水动力性能只与进速 系数和雷诺数有关，即：
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三、浆模和实浆转速与进速之间的关系
1、浆模和实浆的尺度比： 2、由进速系数相等的条件可得：
2、保持浆模的进速不变，而以不同的转速进 行试验。空泡水筒中常采用这种方法。
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四、测量仪器与设备
水池、敞水箱、螺旋桨动力仪等。
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沉没深度和超临界
雷诺数情况下进行
试验所得的结பைடு நூலகம்，
可用之于实桨。对
于几何相似的螺旋
桨的水动力性能只
与进速系数有关。
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二、敞水试验目的
测量螺旋桨的水动力性能，故在试验过程中应 使进速系数有足够大的变化范围。
三、敞水试验方法
1、保持浆模的转速不变，而以不同的进速进 行试验。拖曳水池中常采用这种方法。
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3、由雷诺数相等的条件可得：
4、综上，可得：
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5、保持浆模和实浆的进速系数和雷诺数同时 相等，则浆模发出的功率等于实浆发出的功 率，是因为：
四、模型试验的实际要求
在模型试验时，如果要保持浆模和实浆的进速 系数和雷诺数同时相等，则浆模转速和进速都 将过高而难以实现，推力过大而无法测量。
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上海交大的浆模试验研究结果之二：
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三、尺度作用及修正方法
在实用上，尺度作用仅限于浆模和实浆均在超 临界区域时因雷诺数不同的影响。
1、机翼试验的研究结果
1）雷诺数对升力系数影响不大，可以认为模型 和实物的升力系数相等。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
因此，在实际试验时，通常只要求满足进速系 数相等，而雷诺数则仅要求超过临界值，
即当
的条件下：
尺度作用：由于桨模和实桨因雷诺数不同而引 起两者水动力性能之差异称为尺度作用(或尺 度效应)。
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§4-2 临界雷诺数及尺度效应
一、雷诺数：是以特征速度与特征尺寸的乘积 除以运动粘性系数所得的一个无因次系数。
根据1978年ITTC的规定，螺旋桨的雷诺数以 0.75R处叶切面的弦长及其合速度来表示：
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二、临界雷诺数
螺旋桨模型试验时的雷诺数无法保持与实桨相 同，若雷诺数过低，则由于桨叶切面上流动状 态与实桨不同，将使试验结果无实用价值，因 此必须确立一个模型桨试验的最低雷诺数值称为临界雷诺数。决定粘性流体流动状态的基 本参数之一为雷诺数，当雷诺数足够大时，界 层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数 乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺 数。
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临界雷诺数：是保证模型界层中达到紊流状态 的最低雷诺数。有两种结论：
1、肯夫试验结论：
2、1978年ITTC推荐值（采用上海交大的根据试 验研究提出的意见）：
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上海交大的浆模试验研究结果之一：
进速、水的密度、水的运动粘性系数及重力加
速度有关。
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应用因次分析法可得推力系数、转矩系 数和效率函数：
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二、函数内各项的物理意义
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3）1978年ITTC推荐的修正方法。实浆和浆模 在同一进速时有：
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§4-3 螺旋桨敞水试验
一、敞水试验理论依据
螺旋桨模型在足够