船舶推进第4章-螺旋桨模型的敞水试验课件

1船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验第四章螺旋桨模型的敞水试验试验目的1、根据系列试验结果，整理后绘制成专门图谱，供设计使用。2、是校核和验证理论方法必不可少的手段。螺旋桨模型单独在均匀水流中的试验称为敞水试验。1船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验第四章螺旋桨模型的24、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。3、根据系列试验结果，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螺旋桨参数，并为改善螺旋桨性能提供方向。船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验24、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3船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-1螺旋桨的相似定律一、推力系数、转矩系数和效率函数研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结果基本上是一致的。用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法求出螺旋桨作用力的大致规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运转时产生的水动力(推力或转矩)与直径、转速、进速、水的密度、水的运动粘性系数及重力加速度有关。3船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-1螺旋桨的相4船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验应用因次分析法可得推力系数、转矩系数和效率函数：4船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验应用因次分析法可得推5船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验二、函数内各项的物理意义5船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验二、函数内各项的物理6船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验6船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验7船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验7船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验8船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验结论：当螺旋桨在敞水中运转时，如浆轴沉没较深，则其水动力性能只与进速系数和雷诺数有关，即：8船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验结论：当螺旋桨在敞水9船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、浆模和实浆转速与进速之间的关系1、浆模和实浆的尺度比：2、由进速系数相等的条件可得：9船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、浆模和实浆转速与10船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、由雷诺数相等的条件可得：4、综上，可得：10船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、由雷诺数相等的11船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验5、保持浆模和实浆的进速系数和雷诺数同时相等，则浆模发出的功率等于实浆发出的功率，是因为：四、模型试验的实际要求在模型试验时，如果要保持浆模和实浆的进速系数和雷诺数同时相等，则浆模转速和进速都将过高而难以实现，推力过大而无法测量。11船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验5、保持浆模和实浆12船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验因此，在实际试验时，通常只要求满足进速系数相等，而雷诺数则仅要求超过临界值，即当的条件下：尺度作用：由于桨模和实桨因雷诺数不同而引起两者水动力性能之差异称为尺度作用(或尺度效应)。12船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验因此，在实际试验时13船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-2临界雷诺数及尺度效应一、雷诺数：是以特征速度与特征尺寸的乘积除以运动粘性系数所得的一个无因次系数。根据1978年ITTC的规定，螺旋桨的雷诺数以0.75R处叶切面的弦长及其合速度来表示：13船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-2临界雷诺14船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验螺旋桨模型试验时的雷诺数无法保持与实桨相同，若雷诺数过低，则由于桨叶切面上流动状态与实桨不同，将使试验结果无实用价值，因此必须确立一个模型桨试验的最低雷诺数值-称为临界雷诺数。决定粘性流体流动状态的基本参数之一为雷诺数，当雷诺数足够大时，界层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。二、临界雷诺数14船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验螺旋桨模型试验时的15船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验临界雷诺数：是保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。有两种结论：1、肯夫试验结论：2、1978年ITTC推荐值（采用上海交大的根据试验研究提出的意见）：15船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验临界雷诺数：是保证16船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验研究结果之一：16船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验17船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验研究结果之二：17船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验18船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、尺度作用及修正方法在实用上，尺度作用仅限于浆模和实浆均在超临界区域时因雷诺数不同的影响。1、机翼试验的研究结果1）雷诺数对升力系数影响不大，可以认为模型和实物的升力系数相等。2）雷诺数对阻力系数影响较大，对扭矩的影响较大。由于实物的雷诺数比比模型的大，则两者之差即为实物与模型之间的尺度作用。18船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、尺度作用及修正19船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验2、螺旋桨的尺度作用对推力的影响较小，对扭矩的影响较大。实浆和浆模在同一J值时，有：19船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验2、螺旋桨的尺度作20船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、对模型试验的尺度修正方法1）不修正。认为尺度作用主要影响阻力，但实浆比较粗糙，因粗糙而增加的阻力大体抵消了尺度作用，故可不予修正。2）只修正转矩系数。认为尺度作用主要影响转矩系数，对推力系数的影响很小可不予修正。可以用平板摩擦阻力系数直接修正：20船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、对模型试验的尺21船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3）1978年ITTC推荐的修正方法。实浆和浆模在同一进速时有：21船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3）1978年IT22

船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验22船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验23船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验23船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验24船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-3螺旋桨敞水试验一、敞水试验理论依据螺旋桨模型在足够沉没深度和超临界雷诺数情况下进行试验所得的结果，可用之于实桨。对于几何相似的螺旋桨的水动力性能只与进速系数有关。24船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-3螺旋桨敞25船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验二、敞水试验目的1、保持浆模的转速不变，而以不同的进速进行试验。拖曳水池中常采用这种方法。2、保持浆模的进速不变，而以不同的转速进行试验。空泡水筒中常采用这种方法。三、敞水试验方法测量螺旋桨的水动力性能，故在试验过程中应使进速系数有足够大的变化范围。25船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验二、敞水试验目的126船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验四、测量仪器与设备水池、敞水箱、螺旋桨动力仪等。26船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验四、测量仪器与设备27船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验五、测量数据的表达目前，有相应的标准规定。27船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验五、测量数据的表达28船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-4螺旋桨模型系列试验二、模型系列试验的定义指一定的类型螺旋桨按一定的次序变更某些主要参数，以构成一个螺旋桨系列。在统一系列中，将叶数和盘面比相同，而螺距比不同的五或六个浆模称为一组。一、模型系列试验的目的将系列试验结果绘制成专门图谱，以供设计螺旋桨或分析船舶航行特性之用。28船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-4螺旋桨模29船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验通常将同一组螺旋桨的敞水性征曲线绘在同一图内。29船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验通常将同一组螺旋桨30船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验第四章螺旋桨模型的敞水试验试验目的1、根据系列试验结果，整理后绘制成专门图谱，供设计使用。2、是校核和验证理论方法必不可少的手段。螺旋桨模型单独在均匀水流中的试验称为敞水试验。1船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验第四章螺旋桨模型的314、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。3、根据系列试验结果，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螺旋桨参数，并为改善螺旋桨性能提供方向。船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验24、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32船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-1螺旋桨的相似定律一、推力系数、转矩系数和效率函数研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结果基本上是一致的。用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法求出螺旋桨作用力的大致规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运转时产生的水动力(推力或转矩)与直径、转速、进速、水的密度、水的运动粘性系数及重力加速度有关。3船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-1螺旋桨的相33船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验应用因次分析法可得推力系数、转矩系数和效率函数：4船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验应用因次分析法可得推34船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验二、函数内各项的物理意义5船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验二、函数内各项的物理35船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验6船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验36船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验7船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验37船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验结论：当螺旋桨在敞水中运转时，如浆轴沉没较深，则其水动力性能只与进速系数和雷诺数有关，即：8船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验结论：当螺旋桨在敞水38船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、浆模和实浆转速与进速之间的关系1、浆模和实浆的尺度比：2、由进速系数相等的条件可得：9船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、浆模和实浆转速与39船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、由雷诺数相等的条件可得：4、综上，可得：10船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、由雷诺数相等的40船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验5、保持浆模和实浆的进速系数和雷诺数同时相等，则浆模发出的功率等于实浆发出的功率，是因为：四、模型试验的实际要求在模型试验时，如果要保持浆模和实浆的进速系数和雷诺数同时相等，则浆模转速和进速都将过高而难以实现，推力过大而无法测量。11船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验5、保持浆模和实浆41船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验因此，在实际试验时，通常只要求满足进速系数相等，而雷诺数则仅要求超过临界值，即当的条件下：尺度作用：由于桨模和实桨因雷诺数不同而引起两者水动力性能之差异称为尺度作用(或尺度效应)。12船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验因此，在实际试验时42船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-2临界雷诺数及尺度效应一、雷诺数：是以特征速度与特征尺寸的乘积除以运动粘性系数所得的一个无因次系数。根据1978年ITTC的规定，螺旋桨的雷诺数以0.75R处叶切面的弦长及其合速度来表示：13船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-2临界雷诺43船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验螺旋桨模型试验时的雷诺数无法保持与实桨相同，若雷诺数过低，则由于桨叶切面上流动状态与实桨不同，将使试验结果无实用价值，因此必须确立一个模型桨试验的最低雷诺数值-称为临界雷诺数。决定粘性流体流动状态的基本参数之一为雷诺数，当雷诺数足够大时，界层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。二、临界雷诺数14船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验螺旋桨模型试验时的44船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验临界雷诺数：是保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。有两种结论：1、肯夫试验结论：2、1978年ITTC推荐值（采用上海交大的根据试验研究提出的意见）：15船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验临界雷诺数：是保证45船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验研究结果之一：16船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验46船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验研究结果之二：17船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验上海交大的浆模试验47船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、尺度作用及修正方法在实用上，尺度作用仅限于浆模和实浆均在超临界区域时因雷诺数不同的影响。1、机翼试验的研究结果1）雷诺数对升力系数影响不大，可以认为模型和实物的升力系数相等。2）雷诺数对阻力系数影响较大，对扭矩的影响较大。由于实物的雷诺数比比模型的大，则两者之差即为实物与模型之间的尺度作用。18船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验三、尺度作用及修正48船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验2、螺旋桨的尺度作用对推力的影响较小，对扭矩的影响较大。实浆和浆模在同一J值时，有：19船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验2、螺旋桨的尺度作49船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、对模型试验的尺度修正方法1）不修正。认为尺度作用主要影响阻力，但实浆比较粗糙，因粗糙而增加的阻力大体抵消了尺度作用，故可不予修正。2）只修正转矩系数。认为尺度作用主要影响转矩系数，对推力系数的影响很小可不予修正。可以用平板摩擦阻力系数直接修正：20船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3、对模型试验的尺50船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3）1978年ITTC推荐的修正方法。实浆和浆模在同一进速时有：21船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验3）1978年IT51

船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验22船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验52船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验23船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验53船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验§4-3螺旋桨敞水试验一、敞水试验理论依据螺旋桨模型