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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第4章 螺旋槳模型的敞水試驗,本章主要內容,4-1,敞水試驗的相似條件,4-2,臨界雷諾數(shù)和尺度效應,4-3,敞水試驗方法及測量數(shù)據(jù)的表達,4-4,螺旋槳模型系列試驗及性征曲線組,敞水試驗,概念,:,螺旋槳模型單獨地在均勻水流中的試驗。,設備,:,在船模試驗池、循環(huán)水槽或空泡水筒中進行,。,動能,:,檢定和分析螺旋槳性能。,螺旋槳模型敞水試驗的目的及其作用,將所得結果分析整理后繪制成專門圖譜，供設計使用。,系統(tǒng)地分析螺旋槳各種幾何要素對性能的影響，以供設計時正確選擇各種參數(shù)。,校核和驗證理論方法。,配合自航

2、試驗，以分析推進效率成分，各種設計方案的優(yōu)劣的比較，便于選擇最佳的螺旋槳。,“首先需要解決的2個問題”,槳模的試驗條件？,槳模的數(shù)據(jù)如何換算到實槳？,4-1,敞水試驗的相似條件,在流體中運動的模型與實物要達到力學上的全相似，必須滿足幾何相似、運動相似及動力相似。,方法：量綱分析法（因次分析法）,質量,M,長度,L,時間,T,同理,函數(shù)內各項的物理意義,進速系數(shù),說明螺旋槳及其模型各對應點處流體質點的速度具有相同的方向，且比值為一常數(shù)，即對應點處流體質點的的行跡相似。是運動相似的基本條件。,為雷,諾,數(shù)。,模型和實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),。表示模型和實槳的重力相似條

3、件。與螺旋槳運轉時水面的興波情況有關，也可以說與螺旋槳在水面下的沉沒深度有關。,實踐證明：,當槳軸的沉沒深度,h,s,0.625,D,(,D,為螺旋槳直徑)，興波的影響可以忽略不計。,螺旋槳足夠沉深時：,兩,幾何相似螺旋槳轉速和進速之間的關系,由進速系數(shù)相等的條件可得：,由雷諾數(shù)相等的條件可得：,實槳與槳模的尺度比。,要保持槳模和實槳的進速系數(shù)和雷諾數(shù)同時相等，則必須滿足：,結果：,槳模發(fā)出的推力將等于實槳發(fā)出的推力！,則：,槳模的轉速和進速都將過高而難以實現(xiàn)，推力過大而無法測量！,螺旋槳敞水試驗條件,幾何相似,:,進速系數(shù)相等,:,雷諾數(shù)大于臨界數(shù)值,:,槳軸的足夠沉深,:,h,s,0.62

4、5,D,注意：,槳模和實槳因雷諾數(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,)。,4-2,臨界雷諾數(shù)和尺度效應,一、臨界雷諾數(shù),雷諾數(shù),:,決定粘性流體流動狀態(tài)的基本參數(shù)之一。,當雷諾數(shù)足夠大時，界層中的流動才能達到紊流狀態(tài)，故臨界雷諾數(shù)乃為保證模型界層中達到紊流狀態(tài)的最低雷諾數(shù)。,雷諾數(shù)是以,特征速度,特征尺度/,表示的一個無因次數(shù)。,表示方法如,:,1978年的,ITTC（,國際船模試驗池會議）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,肯夫在漢堡試驗池中的試驗（,J,=0.85）,當,R,n,

5、4 510,5,時，各曲線幾乎與橫坐標相平行，意即此時螺旋槳的性能幾乎與雷諾數(shù)無關。因此這個數(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,R,n,4.0,時,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,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。,機翼試驗的研究結果表明，雷諾數(shù)對升力系數(shù),C,L,的,影響不大，可以認為模型和實物的升力系數(shù)相同,即,C,Ls,C,Lm,對阻力系數(shù),C,D,的影響較大，因為,C,D,由粘性所引起。,由于實物之雷諾

6、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。,實槳和槳模在同一,J,值時：,K,Tm,K,Qs,，,0m,0,尺度修正辦法,不修正,因為槳模加工可以做得很光滑，而實槳比較粗糙，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,敞水試驗方法及測量數(shù)據(jù)的表達,螺旋槳模型在足夠沉沒深度和超臨界雷諾數(shù)情況下進行試驗所得的結果可用之于實槳。,一、敞水試驗設備及測試儀器,第一種方法：保持槳模的,轉速不變,，而以,不同

7、的進速,進行試驗。拖曳水池中常采用這種方法。,第二種方法：保持模型的,進速不變,，而以,不同的轉速,進行試驗?？张菟仓谐２捎眠@種方法。（無“系柱”，即,J,=0,時的情況）,J04,螺旋槳動力儀的簡圖,進速和轉速的測量,模型的進速,V,A,即拖車前進的速度。,螺旋槳轉速由槳軸上轉速傳感器,(,光電式,),檢測。,二、測量數(shù)據(jù)的表達,K,T,10,K,Q,0,4-4,螺旋槳模型系列試驗及性征曲線組,敞水試驗的重要任務之一乃是進行螺旋槳模型的系列試驗，并將其結果繪制成專門圖譜，以供設計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)，以構成一個螺旋槳系列。,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，而高恩螺旋槳則適用于水面高速軍艦！,