精品船舶与海洋工程实验技术螺旋桨敞水试验指导书.docx
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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33KW稀土直流电动机调速装置5
图4转速数字显示仪6
图5WD990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98HZ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138HZ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。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
图1敞水箱
2、仪器安装及操作
2.1动力仪
动力仪，即自航试验中使用的自航仪，测量航行时螺旋桨的推力T和扭矩Q。
型号参考如下表格。
表1自航仪规格表
类别
量程
系数
电压（V）
德国自航仪
10kg
25kg.cm
推力：
34.2
扭矩：
82.5
推力：
6.0
扭矩：
10.0
德国自航仪
（坏头）
10kg
25kg.cm
推力：
35
扭矩：
82
推力：
6.0
扭矩：
10.0
自航仪5#
（702所）
10kg
30kg.cm
推力：
33.75
扭矩：
69
推力：
6.0
扭矩：
10.0
自航仪9#
（702所）
10kg
30kg.cm
推力：
33.2
扭矩：
67.6
推力：
6.0
扭矩：
10.0
自航仪
（702所）
25kg
50kg.cm
推力：
40
扭矩：
167
推力：
12.0
扭矩：
12.0
本系统主要由硬件，软件两部分组成：
硬件：
它是由多组十六路信号放大处理器、采集卡、计算机组成。
原理方框图如下:
具体操作过程
自航仪与电机和螺旋桨通过轴系进行连接，可以测量螺旋桨的推力和扭矩。
图2动力仪
图3电机
电机通过电源线与3KW稀土直流电动机调速装置相连。
我们通过电动机调速装置开启、关闭电机，并且能够调整电机的转速。
图43KW稀土直流电动机调速装置
此外在电机上还连接有转速数字显示仪。
在电机前端有接口，通过数据线与转速显示仪相连。
通过转速显示器上的数字变动，我们能够直观的看到转速的变化。
此仪器同样通过稳压电压进行供电，如下图6所示。
图5转速数字显示仪
图6WD990微机电源
操作台上三个仪器，整体如图所示。
图7操作台整体视图
然后动力仪上连接的推力T和扭矩Q的数据线与拖车控制间的信号放大器相连，如下图所示，此处连接的是CH5和CH6.
图8放大器背面接口
图9放大器正面
然后放大器通过采集卡与电脑相连（靠近门口的那台）。
软件：
采用VB语言编程，主要由窗体模块及标准数学分析模块组成。
软件流程图如下：
具体操作过程如下：
数据采集程序在电脑桌面上名为8HZ，如图所示。
图108HZ采集程序图标
双击桌面图标8HZ，进入程序。
此时，一定要等程序自检的进度条读出一段后，再点击忽略。
然后点击“自航试验”，选择“双桨”，如图所示。
图11敞水自航双桨
进去之后，选择系统设定，如图所示。
此处，我们选用的动力仪是德国自航仪，推力数据线所需电压为10V，扭矩数据线所需电压为6V。
如上面放大器背面连接图所示，扭矩Q接的是CH5，推力T接的是CH6.所以我们在放大器正面调好CH5和CH6的电压，并且在电脑采集程序8HZ的系统设定页面，更改好两个通道的系数。
具体的动力仪的电压和系数等规格可参照表1.
图12敞水系统设定
然后进入数据采集界面，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。
但是进速V的改变，受限于拖车速度。
此时，我们需要根据经验，给予适当大的转速n。
转动螺旋桨，当转速达到我们的要求后，我们先采集一段时间（相当于做系泊试验），然后开动拖车，此时，就不要再人为改变桨模转速。
当拖车速度稳定后，再次采集。
数据稳定一段时间后，再次改变拖车速度，等速度稳定后，再次采集。
每一段速度下，我们要收集桨模转速n、桨模推力T和扭矩Q。
图13敞水数据采集
然后进行数据处理，点击自航双桨里面的数据处理，输入你所命名的文件名，然后数据会有如下的显示，如图所示。
用鼠标框出平稳的一段，记录数据即可。
图148HZ数据处理
3、敞水试验数据处理
在上述试验过程中,我们得到每个速度下的桨模转速n，推力T，扭矩Q。
然后还要在0速下，把螺旋桨卸下，转动电机，测量出0扭矩。
然后代入下面的表格中进行计算。
桨径（m）
水密度
零扭矩
转速
进速
推力
扭矩
扣零扭矩
进速系数
推力系数
扭矩系数
效率系数
D
ρ
M0
n（rpm）
V（m/s）
T（kg）
M（kg.cm）
Q=M-M0
J=V/Dn
Kt=T/ρn2D4
10Kq=Q/ρn2D5
η=K1/K2*J/2π
最后从表格中得出螺旋桨敞水性征曲线，如下图所示
图15螺旋桨敞水性征曲线
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