螺旋桨敞水试验技术

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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。



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 。

、后桨推力 电机。


;螺旋桨转速 、拖车速度
为了便于比较分析,通常均以前桨直径无因次化。

前桨推力系数


前桨扭矩系数 后桨推力系数 后桨扭矩系数 总推力系数 总扭矩系数 螺旋桨进速系数 螺旋桨敞水推进效率 以进速系数 为横坐标, 以 、 、 、 表示 、 、 、
为纵坐标绘制出螺旋桨敞水性征曲线。

图 性征曲线。


鱼雷螺旋桨敞水

鱼雷螺旋桨敞水性征曲线
三、尺度效应和临界雷诺数 桨模雷诺数有几种表达形式,常用的有
特征叶宽雷诺数


平均叶宽雷诺数 式中 桨半径; 桨叶数; 盘面比。

下面以特征叶宽雷诺数来讨论螺旋桨敞水试验中的尺度效应影响。

桨模试验的尺度效应问题一直受到人们的注意, 有关这方面的试验 研究工作也很多。

上海交通大学船模试验水池对五个几何相似的桨模进 行过详细的试验研究。

图 随雷诺数 数 增加, 大于 至图 表示其试验结果。

由图可知, 也有所增加。

当雷诺 . 桨叶处弦长;
将减小,
略有增加,而
以后,试验结果几乎与雷诺数无关。

所以在进
行敞水试验时,桨模雷诺数应等于或大于此值,此值称临界雷诺数。



推力系数与雷诺数的关系


瑞典人比杰姆
研究过关于对转桨桨模的临界雷诺数问题。

~ 范围内, 桨叶剖面最
他计算了几对对转桨, 在雷诺数 低阻力系数没有明显变化。


中国船舶科学研究中心水池对四对桨进行了雷诺数影响试验, 其结 果表示在图 上,试验表明 以后,工作点附近的
螺旋桨敞水效率基本稳定。

因此说, 对转桨敞水试验应同单桨情况一样, 。













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