第4章 敞水試驗(yàn)

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第4章 螺旋槳模型的敞水試驗(yàn),本章主要內(nèi)容,4-1,敞水試驗(yàn)的相似條件,4-2,臨界雷諾數(shù)和尺度效應(yīng),4-3,敞水試驗(yàn)方法及測量數(shù)據(jù)的表達(dá),4-4,螺旋槳模型系列試驗(yàn)及性征曲線組,敞水試驗(yàn),概念,:,螺旋槳模型單獨(dú)地在均勻水流中的試驗(yàn)。,設(shè)備,:,在船模試驗(yàn)池、循環(huán)水槽或空泡水筒中進(jìn)行,。,動(dòng)能,:,檢定和分析螺旋槳性能。,螺旋槳模型敞水試驗(yàn)的目的及其作用,將所得結(jié)果分析整理后繪制成專門圖譜，供設(shè)計(jì)使用。,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)正確選擇各種參數(shù)。,校核和驗(yàn)證理論方法。,配合自航試驗(yàn)，以分析推進(jìn)效率成分，各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣的比較，便于選擇最佳的螺旋槳。,“首先需要解決的2個(gè)問題”,槳模的試驗(yàn)條件？,槳模的數(shù)據(jù)如何換算到實(shí)槳？,4-1,敞水試驗(yàn)的相似條件,在流體中運(yùn)動(dòng)的模型與實(shí)物要達(dá)到力學(xué)上的全相似，必須滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似及動(dòng)力相似。,方法：量綱分析法（因次分析法）,質(zhì)量,M,長度,L,時(shí)間,T,同理,函數(shù)內(nèi)各項(xiàng)的物理意義,進(jìn)速系數(shù),說明螺旋槳及其模型各對應(yīng)點(diǎn)處流體質(zhì)點(diǎn)的速度具有相同的方向，且比值為一常數(shù)，即對應(yīng)點(diǎn)處流體質(zhì)點(diǎn)的的行跡相似。是運(yùn)動(dòng)相似的基本條件。,為雷,諾,數(shù)。,模型和實(shí)槳粘性力相似必須滿足雷諾數(shù)相同的條件。,為傅,汝德數(shù),。表示模型和實(shí)槳的重力相似條件。與螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水面的興波情況有關(guān)，也可以說與螺旋槳在水面下的沉沒深度有關(guān)。,實(shí)踐證明：,當(dāng)槳軸的沉沒深度,h,s,0.625,D,(,D,為螺旋槳直徑)，興波的影響可以忽略不計(jì)。,螺旋槳足夠沉深時(shí)：,兩,幾何相似螺旋槳轉(zhuǎn)速和進(jìn)速之間的關(guān)系,由進(jìn)速系數(shù)相等的條件可得：,由雷諾數(shù)相等的條件可得：,實(shí)槳與槳模的尺度比。,要保持槳模和實(shí)槳的進(jìn)速系數(shù)和雷諾數(shù)同時(shí)相等，則必須滿足：,結(jié)果：,槳模發(fā)出的推力將等于實(shí)槳發(fā)出的推力！,則：,槳模的轉(zhuǎn)速和進(jìn)速都將過高而難以實(shí)現(xiàn)，推力過大而無法測量！,螺旋槳敞水試驗(yàn)條件,幾何相似,:,進(jìn)速系數(shù)相等,:,雷諾數(shù)大于臨界數(shù)值,:,槳軸的足夠沉深,:,h,s,0.625,D,注意：,槳模和實(shí)槳因雷諾數(shù)不同而引起兩者水動(dòng)力性能之差異稱為,尺度作用,(或,尺度效應(yīng),)。,4-2,臨界雷諾數(shù)和尺度效應(yīng),一、臨界雷諾數(shù),雷諾數(shù),:,決定粘性流體流動(dòng)狀態(tài)的基本參數(shù)之一。,當(dāng)雷諾數(shù)足夠大時(shí)，界層中的流動(dòng)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)。,雷諾數(shù)是以,特征速度,特征尺度/,表示的一個(gè)無因次數(shù)。,表示方法如,:,1978年的,ITTC（,國際船模試驗(yàn)池會(huì)議）規(guī)定：螺旋槳的雷諾數(shù)以,0.75,R,處葉切面的弦長及其合速來表示：,實(shí)槳的雷諾數(shù)在 10,7,上下，處于紊流狀態(tài)工作,肯夫在漢堡試驗(yàn)池中的試驗(yàn)（,J,=0.85）,當(dāng),R,n,4 510,5,時(shí)，各曲線幾乎與橫坐標(biāo)相平行，意即此時(shí)螺旋槳的性能幾乎與雷諾數(shù)無關(guān)。因此這個(gè)數(shù)值即為臨界雷諾數(shù)。,六十年代初日本三菱水池谷口中,（,用0.7,R,處葉切面的弦長及合速來表示）,當(dāng),R,n,4.0,時(shí),K,T,值近似為常數(shù)，,K,Q,值隨雷諾數(shù),R,n,的增加而略有減小。,上海交通大學(xué),R,n,=3,10,5,二、尺度作用及修正方法,因雷諾數(shù)不同而對螺旋槳性能的影響通常稱為尺度作用。,機(jī)翼試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，雷諾數(shù)對升力系數(shù),C,L,的,影響不大，可以認(rèn)為模型和實(shí)物的升力系數(shù)相同,即,C,Ls,C,Lm,對阻力系數(shù),C,D,的影響較大，因?yàn)?C,D,由粘性所引起。,由于實(shí)物之雷諾數(shù)較模型為高，故,C,Ds,C,Dm,。,兩者之差,C,D,=,C,Dm,C,Ds,即為實(shí)物及模型之間的尺度作用。,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)槳和槳模在同一,J,值時(shí)：,K,Tm,K,Qs,，,0m,0,尺度修正辦法,不修正,因?yàn)闃＜庸た梢宰龅煤芄饣?，而?shí)槳比較粗糙，因粗糙而增加之阻力大體抵消了尺度作用，故可不予修正。,只修正,K,Q,1978年,ITTC,推薦的修正方法。,4-3,敞水試驗(yàn)方法及測量數(shù)據(jù)的表達(dá),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)果可用之于實(shí)槳。,一、敞水試驗(yàn)設(shè)備及測試儀器,第一種方法：保持槳模的,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。,第二種方法：保持模型的,進(jìn)速不變,，而以,不同的轉(zhuǎn)速,進(jìn)行試驗(yàn)?？张菟仓谐２捎眠@種方法。（無“系柱”，即,J,=0,時(shí)的情況）,J04,螺旋槳?jiǎng)恿x的簡圖,進(jìn)速和轉(zhuǎn)速的測量,模型的進(jìn)速,V,A,即拖車前進(jìn)的速度。,螺旋槳轉(zhuǎn)速由槳軸上轉(zhuǎn)速傳感器,(,光電式,),檢測。,二、測量數(shù)據(jù)的表達(dá),K,T,10,K,Q,0,4-4,螺旋槳模型系列試驗(yàn)及性征曲線組,敞水試驗(yàn)的重要任務(wù)之一乃是進(jìn)行螺旋槳模型的系列試驗(yàn)，并將其結(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。,所謂螺旋槳系列，是指一定類型的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。,在同一系列中，將葉數(shù)和盤面比相同，而螺距比不同的五或六個(gè)槳模稱為一組。,敞水性征曲線組,世界上性能優(yōu)良的螺旋槳系列,荷蘭的,B,型螺旋槳；,日本的,AU,型螺旋槳；,英國的高恩螺旋槳等,注意,：,B,型和,AU,型螺旋槳適用于商船，而高恩螺旋槳?jiǎng)t適用于水面高速軍艦！,