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 。 、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
图
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。
图
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， 。