船舶與海洋工程實驗技術(shù)-螺旋槳敞水試驗指導(dǎo)書

1、華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院船模拖曳水池實驗室430074湖北省武漢市洪山區(qū)珞喻路1037號 Tel：02787543358 Fax：02787542946船舶與海洋工程實驗技術(shù)螺旋槳敞水試驗指導(dǎo)書華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院船模拖曳水池實驗室2015 年 5月20日16目錄0、前言11、敞水箱安裝12、儀器安裝及操作22.1 動力儀23、敞水試驗數(shù)據(jù)處理15圖目錄圖1 敞水箱2圖1 動力儀3圖2 電機4圖3 3KW稀土直流電動機調(diào)速裝置5圖4 轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀6圖5 WD990 微機電源7圖6 操作臺整體視圖8圖7 放大器背面接口9圖8 放大器正面10圖9 8HZ采集程序圖標11圖10 敞

2、水自航雙槳12圖11 敞水系統(tǒng)設(shè)定13圖12 敞水數(shù)據(jù)采集14圖13 8HZ數(shù)據(jù)處理15圖14螺旋槳敞水性征曲線16表目錄表1 自航儀規(guī)格表20、前言螺旋槳模型單獨地在均勻水流中的試驗稱為敞水試驗，試驗可以在船模試驗池、循環(huán)水槽或空泡水筒中進行。它是檢定和分析螺旋槳性能較為簡便的方法。螺旋槳模型試驗對于研究它的水動力性能有重要的作用，除為螺旋槳設(shè)計提供豐富的資料外，對理論的發(fā)展也提供可靠的基礎(chǔ)。螺旋槳模型敞水試驗的目的及其作用大致是： 進行系列試驗，將所得結(jié)果分析整理后繪制成專門圖譜，供設(shè)計使用?，F(xiàn)時各類螺旋槳的設(shè)計圖譜都是根據(jù)系列試驗結(jié)果繪制而成的。 根據(jù)系列試驗的結(jié)果，可以系統(tǒng)地分析螺旋槳

3、各種幾何要素對性能的影響，以供設(shè)計時正確選擇各種參數(shù)之用，并為改善螺旋槳性能指出方向。 它是校核和驗證理論方法必不可少的手段。 為配合自航試驗而進行同一螺旋槳模型的敞水試驗, 以分析推進效率成分,比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣，便于選擇最佳的螺旋槳。有關(guān)螺旋槳敞水試驗的詳細理論請參考船舶性能實驗技術(shù)（P60，第五章第六節(jié)），俞湘三等主編，上海交通大學(xué)出版,和船舶原理（下冊），盛振邦、劉應(yīng)中主編，上海交通大學(xué)出版。1、敞水箱安裝敞水箱為流線型，螺旋槳的軸從敞水箱的前端伸出箱外，外伸長度必須使槳模位于箱前的距離大于螺旋槳直徑的3倍，以避免箱體的影響。敞水箱樣式如下圖所示。動力儀和電機安裝在敞水箱內(nèi)。圖1

4、敞水箱2、儀器安裝及操作2.1 動力儀動力儀，即自航試驗中使用的自航儀，測量航行時螺旋槳的推力T和扭矩Q。型號參考如下表格。表1 自航儀規(guī)格表類別量程系數(shù)電壓（V）德國自航儀10kg25kg.cm推力：34.2扭矩：82.5推力：6.0扭矩：10.0德國自航儀（壞頭）10kg25kg.cm推力：35扭矩：82推力：6.0扭矩：10.0自航儀5#（702所）10kg30kg.cm推力：33.75扭矩：69推力：6.0扭矩：10.0自航儀9#（702所）10kg30kg.cm推力：33.2扭矩：67.6推力：6.0扭矩：10.0自航儀（702所）25kg50kg.cm推力：40扭矩：167推力：1

5、2.0扭矩：12.0本系統(tǒng)主要由硬件，軟件兩部分組成：硬件：它是由多組十六路信號放大處理器、采集卡、計算機組成。原理方框圖如下:動力儀信號放大處理器采集卡計算機 具體操作過程自航儀與電機和螺旋槳通過軸系進行連接，可以測量螺旋槳的推力和扭矩。圖2 動力儀圖3 電機電機通過電源線與3KW稀土直流電動機調(diào)速裝置相連。我們通過電動機調(diào)速裝置開啟、關(guān)閉電機，并且能夠調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。圖4 3KW稀土直流電動機調(diào)速裝置此外在電機上還連接有轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀。在電機前端有接口，通過數(shù)據(jù)線與轉(zhuǎn)速顯示儀相連。通過轉(zhuǎn)速顯示器上的數(shù)字變動，我們能夠直觀的看到轉(zhuǎn)速的變化。此儀器同樣通過穩(wěn)壓電壓進行供電，如下圖6所示。圖5

6、轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀圖6 WD990 微機電源操作臺上三個儀器，整體如圖所示。圖7 操作臺整體視圖然后動力儀上連接的推力T和扭矩Q的數(shù)據(jù)線與拖車控制間的信號放大器相連，如下圖所示，此處連接的是CH5和CH6.圖8 放大器背面接口圖9 放大器正面然后放大器通過采集卡與電腦相連（靠近門口的那臺）。軟件：采用VB語言編程，主要由窗體模塊及標準數(shù)學(xué)分析模塊組成。軟件流程圖如下：數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理具體操作過程如下：數(shù)據(jù)采集程序在電腦桌面上名為8HZ，如圖所示。圖10 8HZ采集程序圖標雙擊桌面圖標8HZ，進入程序。此時，一定要等程序自檢的進度條讀出一段后，再點擊忽略。然后點擊“自航試驗”，選擇“

7、雙槳”，如圖所示。圖11 敞水自航雙槳進去之后，選擇系統(tǒng)設(shè)定，如圖所示。此處，我們選用的動力儀是德國自航儀，推力數(shù)據(jù)線所需電壓為10V，扭矩數(shù)據(jù)線所需電壓為6V。如上面放大器背面連接圖所示，扭矩Q接的是CH5，推力T接的是CH6.所以我們在放大器正面調(diào)好CH5和CH6的電壓，并且在電腦采集程序8HZ的系統(tǒng)設(shè)定頁面，更改好兩個通道的系數(shù)。具體的動力儀的電壓和系數(shù)等規(guī)格可參照表1.圖12 敞水系統(tǒng)設(shè)定然后進入數(shù)據(jù)采集界面，如圖所示。在拖車開動之前，要對采集系統(tǒng)進行調(diào)零。即在水池水面平穩(wěn)狀態(tài)下，點擊系統(tǒng)設(shè)定里面的“調(diào)零保存”，使該通道的工程值基本在0附近飄動。在拖車開動之前，我們要給螺旋槳一定的轉(zhuǎn)速

8、。具體轉(zhuǎn)速的確定，要根據(jù)具體情況確定。由進速系數(shù)公式 可知，螺旋槳直徑D已定，如果螺旋槳轉(zhuǎn)速n太低，我們需要提高進速V，才能是J達到足夠到。但是進速V的改變，受限于拖車速度。此時，我們需要根據(jù)經(jīng)驗，給予適當大的轉(zhuǎn)速n。轉(zhuǎn)動螺旋槳，當轉(zhuǎn)速達到我們的要求后，我們先采集一段時間（相當于做系泊試驗），然后開動拖車，此時，就不要再人為改變槳模轉(zhuǎn)速。當拖車速度穩(wěn)定后，再次采集。數(shù)據(jù)穩(wěn)定一段時間后，再次改變拖車速度，等速度穩(wěn)定后，再次采集。每一段速度下，我們要收集槳模轉(zhuǎn)速n、槳模推力T和扭矩Q。圖13 敞水數(shù)據(jù)采集然后進行數(shù)據(jù)處理，點擊自航雙槳里面的數(shù)據(jù)處理，輸入你所命名的文件名，然后數(shù)據(jù)會有如下的顯示，如圖所示。用鼠標框出平穩(wěn)的一段，記錄數(shù)據(jù)即可。圖14 8HZ數(shù)據(jù)處理3、敞水試驗數(shù)據(jù)處理在上述試驗過程中,我們得到每個速度下的槳模轉(zhuǎn)速n，推力T，扭矩Q。然后還要在0速下，把螺旋槳卸下，轉(zhuǎn)動電機，測量出0扭矩。然后代入下面的表格中進行計算。槳徑( m)水密度零扭矩轉(zhuǎn)速