1、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 日目录0、前言11、敞水箱安装12、仪器安装及操作22.1 动力仪23、敞水试验数据处理15I图目录图 1 敞水箱2图 1 动力仪3图 2 电机4图 3 3KW 稀土直流电动机调速装置5图 4 转速数字显示仪6图 5 WD990 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 9 8HZ 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 13 8HZ 数据处理15图 14 螺旋桨敞水性征曲线16
2、I表目录表 1 自航仪规格表2I华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 875429460、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：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
3、绘制而成的。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。它是校核和验证理论方法必不可少的手段。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
4、响。敞水箱样式如下图所示。动力仪和电机安装在敞水箱内。1华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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推力： 34.2推力： 6.025kg.cm扭矩： 82.5扭矩： 10.0德国自航仪10kg推力： 35推力： 6.0（坏头）25kg.cm扭矩： 82扭矩： 10.0自航仪 5#
5、10kg推力： 33.75推力： 6.0（ 702 所）30kg.cm扭矩： 69扭矩： 10.02华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946自航仪 9#10kg推力： 33.2推力： 6.0（ 702 所）30kg.cm扭矩： 67.6扭矩： 10.0自航仪25kg推力： 40推力： 12.0（ 702 所）50kg.cm扭矩： 167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 :动力仪信号放
6、大处理器采集卡计算机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3华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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。4华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946图 4 3KW 稀土直流电动机
7、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。5华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946图 5 转速数字显示仪6华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946图 6 WD990 微机电源操作台上三个仪器，整体
8、如图所示。7华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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 CH6.8华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946图 8 放大器背面接口9华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路103
9、7 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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：系统设定数据采集数据文件数据处理具体操作过程如下：数据采集程序在电脑桌面上名为8HZ，如图所示。10华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946图 10 8HZ 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
10、略。然后点击“自航试验” ，选择“双桨”，如图所示。11华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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
11、可参照表 1.12华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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J= V可知，螺旋桨直径D 已定，如果螺旋桨转速nnD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
12、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。13华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946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
13、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。14华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946图 14 8HZ 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。桨径水密 零扭扣零扭推力系( m)度矩转速进速推力扭矩矩进速系数数扭矩系数效率系数nMQ=Kt=T/10Kq=Q/ =K1/K2*J/2DM 0（）（）（ kg.cm ）M-M 0J=V/Dn n2 42 5(rpm) Vm/s T kgDn D最后从表格中得出螺旋桨敞水性征曲线，如下图所示15华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037 号 Tel：027 87543358Fax：027 87542946右旋,q0.8K01Kt,0.7tK10Kq0.60.50.40.30.20.1000.10.20.30.40.50.60.70.80.91J图 15 螺旋桨敞水性征曲线16
