船舶推進(jìn)第4章螺旋槳模型的敞水試驗(yàn)

1、1,船舶原理,2008年11月18日,2,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),試驗(yàn)?zāi)康?1、根據(jù)系列試驗(yàn)結(jié)果，整理后繪制成專門圖譜，供設(shè)計(jì)使用。,2、是校核和驗(yàn)證理論方法必不可少的手段。,螺旋槳模型單獨(dú)在均勻水流中的試驗(yàn)稱為敞水試驗(yàn)。,3,4、為配合自航試驗(yàn)而進(jìn)行同一螺旋槳模型的敞水試驗(yàn)，以分析推進(jìn)效率成分，比較各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，便于選擇最佳的螺旋槳。,3、根據(jù)系列試驗(yàn)結(jié)果，可以系統(tǒng)地分析螺旋槳各種幾何要素對性能的影響，以供設(shè)計(jì)時(shí)正確選擇螺旋槳參數(shù)，并為改善螺旋槳性能提供方向。,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),4,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),4

2、-1 螺旋槳的相似定律,一、推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)和效率函數(shù),研究螺旋槳相似理論的方法甚多，所得到的結(jié)果基本上是一致的。用量綱分析法進(jìn)行討論，也就是用因次分析法求出螺旋槳作用力的大致規(guī)律，然后研究所得公式中各項(xiàng)的物理意義。可以設(shè)想，一定幾何形狀的螺旋槳在敞水中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的水動力(推力或轉(zhuǎn)矩)與直徑、轉(zhuǎn)速、進(jìn)速、水的密度、水的運(yùn)動粘性系數(shù)及重力加速度有關(guān)。,5,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),應(yīng)用因次分析法可得推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)和效率函數(shù)：,6,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),二、函數(shù)內(nèi)各項(xiàng)的物理意義,7,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),8,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),9

3、,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),結(jié)論：當(dāng)螺旋槳在敞水中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如漿軸沉沒較深，則其水動力性能只與進(jìn)速系數(shù)和雷諾數(shù)有關(guān)，即：,10,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),三、漿模和實(shí)漿轉(zhuǎn)速與進(jìn)速之間的關(guān)系,1、漿模和實(shí)漿的尺度比：,2、由進(jìn)速系數(shù)相等的條件可得：,11,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),3、由雷諾數(shù)相等的條件可得：,4、綜上，可得：,12,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),5、保持漿模和實(shí)漿的進(jìn)速系數(shù)和雷諾數(shù)同時(shí)相等，則漿模發(fā)出的功率等于實(shí)漿發(fā)出的功率，是因?yàn)椋?四、模型試驗(yàn)的實(shí)際要求,在模型試驗(yàn)時(shí)，如果要保持漿模和實(shí)漿的進(jìn)速系數(shù)和雷諾數(shù)同時(shí)相等，則漿模轉(zhuǎn)速和進(jìn)速

4、都將過高而難以實(shí)現(xiàn)，推力過大而無法測量。,13,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),因此，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，通常只要求滿足進(jìn)速系數(shù)相等，而雷諾數(shù)則僅要求超過臨界值， 即當(dāng) 的條件下：,尺度作用：由于槳模和實(shí)槳因雷諾數(shù)不同而引起兩者水動力性能之差異稱為尺度作用(或尺度效應(yīng))。,14,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),4-2 臨界雷諾數(shù)及尺度效應(yīng),一、雷諾數(shù)：是以特征速度與特征尺寸的乘積除以運(yùn)動粘性系數(shù)所得的一個(gè)無因次系數(shù)。,根據(jù)1978年ITTC的規(guī)定，螺旋槳的雷諾數(shù)以0.75R處葉切面的弦長及其合速度來表示：,15,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),螺旋槳模型試驗(yàn)時(shí)的雷諾數(shù)無法保持與實(shí)槳

5、相同，若雷諾數(shù)過低，則由于槳葉切面上流動狀態(tài)與實(shí)槳不同，將使試驗(yàn)結(jié)果無實(shí)用價(jià)值，因此必須確立一個(gè)模型槳試驗(yàn)的最低雷諾數(shù)值-稱為臨界雷諾數(shù)。決定粘性流體流動狀態(tài)的基本參數(shù)之一為雷諾數(shù)，當(dāng)雷諾數(shù)足夠大時(shí)，界層中的流動才能達(dá)到紊流狀態(tài)，故臨界雷諾數(shù)乃為保證模型界層中達(dá)到紊流狀態(tài)的最低雷諾數(shù)。,二、臨界雷諾數(shù),16,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),臨界雷諾數(shù)：是保證模型界層中達(dá)到紊流狀態(tài)的最低雷諾數(shù)。有兩種結(jié)論：,1、肯夫試驗(yàn)結(jié)論：,2、1978年ITTC推薦值（采用上海交大的根據(jù)試驗(yàn)研究提出的意見）：,17,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),上海交大的漿模試驗(yàn)研究結(jié)果之一：,18,船舶推進(jìn)

6、第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),上海交大的漿模試驗(yàn)研究結(jié)果之二：,19,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),三、尺度作用及修正方法,在實(shí)用上，尺度作用僅限于漿模和實(shí)漿均在超臨界區(qū)域時(shí)因雷諾數(shù)不同的影響。,1、機(jī)翼試驗(yàn)的研究結(jié)果,1）雷諾數(shù)對升力系數(shù)影響不大，可以認(rèn)為模型和實(shí)物的升力系數(shù)相等。,2）雷諾數(shù)對阻力系數(shù)影響較大，對扭矩的影響較大。由于實(shí)物的雷諾數(shù)比比模型的大，則兩者之差即為實(shí)物與模型之間的尺度作用。,20,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),2、螺旋槳的尺度作用對推力的影響較小，對扭矩的影響較大。實(shí)漿和漿模在同一J值時(shí)，有：,21,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),3、對模型試

7、驗(yàn)的尺度修正方法,1）不修正。認(rèn)為尺度作用主要影響阻力，但實(shí)漿比較粗糙，因粗糙而增加的阻力大體抵消了尺度作用，故可不予修正。,2）只修正轉(zhuǎn)矩系數(shù)。認(rèn)為尺度作用主要影響轉(zhuǎn)矩系數(shù)，對推力系數(shù)的影響很小可不予修正。可以用平板摩擦阻力系數(shù)直接修正：,22,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),3）1978年ITTC推薦的修正方法。實(shí)漿和漿模在同一進(jìn)速時(shí)有：,23,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),24,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),25,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),4-3 螺旋槳敞水試驗(yàn),一、敞水試驗(yàn)理論依據(jù),螺旋槳模型在足夠沉沒深度和超臨界雷諾數(shù)情況下進(jìn)行試驗(yàn)所得的結(jié)果，可用之

8、于實(shí)槳。對于幾何相似的螺旋槳的水動力性能只與進(jìn)速系數(shù)有關(guān)。,26,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),二、敞水試驗(yàn)?zāi)康?1、保持漿模的轉(zhuǎn)速不變，而以不同的進(jìn)速進(jìn)行試驗(yàn)。拖曳水池中常采用這種方法。,2、保持漿模的進(jìn)速不變，而以不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)。空泡水筒中常采用這種方法。,三、敞水試驗(yàn)方法,測量螺旋槳的水動力性能，故在試驗(yàn)過程中應(yīng)使進(jìn)速系數(shù)有足夠大的變化范圍。,27,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),四、測量儀器與設(shè)備,水池、敞水箱、螺旋槳動力儀等。,28,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),五、測量數(shù)據(jù)的表達(dá),目前，有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。,29,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),4-4 螺旋槳模型系列試驗(yàn),二、模型系列試驗(yàn)的定義,指一定的類型螺旋槳按一定的次序變更某些主要參數(shù)，以構(gòu)成一個(gè)螺旋槳系列。在統(tǒng)一系列中，將葉數(shù)和盤面比相同，而螺距比不同的五或六個(gè)漿模稱為一組。,一、模型系列試驗(yàn)的目的,將系列試驗(yàn)結(jié)果繪制成專門圖譜，以供設(shè)計(jì)螺旋槳或分析船舶航行特性之用。,30,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),通常將同一組螺旋槳的敞水性征曲線繪在同一圖內(nèi)。,31,船舶推進(jìn)第四章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),目前