混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法及数据分析方法技术

本发明专利技术涉及混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法及数据分析方法，包括水池试验设备，水池试验设备包括敞水试验设备、阻力试验设备和自航试验设备；敞水试验设备的结构为：包括敞水动力仪，敞水动力仪的头部安装有前桨，还包括支撑架，支撑架上安装有吊舱天平，吊舱天平的顶部安装有伺服电机，伺服电机的输出端连接吊舱动力仪，支撑架的底部安装有防溅板，防溅板的底部安装流线型支柱，流线型支柱的底部安装有端板，所述吊舱动力仪依次穿过支撑架、流线型支柱和端板，并在吊舱动力仪头部安装后桨；可实现混合对转吊舱推进船舶的敞水性能、阻力性能和自航因子分析，进而预报实船航速以及前后桨的功率分配及转速比。及前后桨的功率分配及转速比。及前后桨的功率分配及转速比。

【技术实现步骤摘要】
混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法及数据分析方法


[0001]本专利技术涉及船舶动力学试验
，尤其是一种混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法及数据分析方法，适用于混合对转吊舱推进船舶的水池试验验证方面。

技术介绍

[0002]混合对转吊舱推进系统概念是由芬兰的ABB公司提出的，将一个可操纵的吊舱模块安装在标准螺旋桨之后，两桨布置在同一轴线上，但没任何物理连接。吊舱螺旋桨与主螺旋桨旋转方向相反。这种布置使主螺旋桨产生的尾流旋转能量被吊舱桨吸收，提高水动力效率。混合对转吊舱推进系统巧妙的将对转螺旋桨与吊舱推进器的优势结合起来，既拥有吊舱推进器良好的操纵性能，又具有对转螺旋桨较高的推进效率，试验表明该推进系统可提高15％的推进效率。目前国外已有多艘采用混合对转吊舱推进系统的船舶投入运营，表现出了优良的推进性能。
[0003]混合对转吊舱推进系统重新分配了螺旋桨的载荷，使前桨载荷减少，从而可以减小螺旋桨直径，增大桨叶梢部与船体的间隙，达到降噪和减轻船体振动的目的。在混合对转吊舱推进系统设计时首先要考虑前后桨参数的匹配问题，若双桨的尺寸、叶数、转速比等匹配不合适，都会影响载荷分配、船体振动、推进效率，无法发挥其高效节能的优势。因而，混合对转吊舱推进系统设计好后首先需要进行水池试验进行匹配性验证，确定推进性能最佳的参数组合方案。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法及数据分析方法，从而可以实现混合对转吊舱推进船舶的敞水性能、阻力性能和自航因子分析，进而预报实船航速以及前后桨的功率分配及转速比。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法，包括水池试验设备，
[0007]所述水池试验设备包括敞水试验设备、阻力试验设备和自航试验设备；
[0008]所述敞水试验设备的结构为：包括敞水动力仪，所述敞水动力仪的头部安装有前桨，还包括支撑架，所述支撑架上安装有吊舱天平，所述吊舱天平的顶部安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端连接吊舱动力仪，所述支撑架的底部安装有防溅板，所述防溅板的底部安装流线型支柱，流线型支柱的底部安装有端板，所述吊舱动力仪依次穿过支撑架、流线型支柱和端板，并在吊舱动力仪头部安装后桨；
[0009]所述阻力试验设备的结构为：包括升降平台，所述升降平台的中部安装有阻力仪，所述阻力仪的底部连接船模，所述船模中部安装有自航仪；
[0010]所述自航试验设备的结构为：船模，所述船模的上部安装有吊舱天平，所述吊舱天平的上部安装伺服电机，所述伺服电机的输出端安装吊舱动力仪，所述吊舱动力仪的头部安装后桨，所述船模的内部安装有另外一个伺服电机，所述伺服电机的输出端安装自航仪，
所述自航仪的输出端安装前桨；
[0011]水池试验方法包括如下步骤：
[0012]步骤一：敞水动力仪正装单独前桨敞水试验：针对前桨，敞水动力仪正装，单独测量前桨的敞水性能曲线；
[0013]步骤二：敞水动力仪正装单独后桨敞水试验：针对后桨，敞水动力仪正装，单独测量后桨的敞水性能曲线；
[0014]步骤三：敞水动力仪反装单独前桨敞水试验：针对前桨，敞水动力仪反装，单独测量前桨的敞水性能曲线；
[0015]步骤四：吊舱方案带桨单独敞水试验：针对单独吊舱，开展吊舱敞水试验；
[0016]步骤五：混合对转方案敞水试验：针对前桨和后桨混合推进方案，开展多个转速比nFP/nAP敞水试验，固定前桨转速，后桨转速随转速比变化；
[0017]步骤六：混合对转不带吊舱桨敞水试验：针对前桨且吊舱方案不带桨的推进方案，开展一个转速前桨敞水试验，前桨转速同步骤一。
[0018]自航试验设备中，前桨和后桨位于同一轴线位置。
[0019]步骤五中，转速比根据主机参数和推进器负荷分配而定。
[0020]混合对转吊舱推进船舶的水池试验的数据分析方法，
[0021]a、敞水试验数据处理和表达方式：
[0022]在每一个确定的前桨、后桨的转速比n
FP
/n
AP
，需进行一次完整的敞水试验；敞水试验步骤一和步骤二中用敞水动力仪测得前、后桨转速n
FP
、n
AP
，前桨、后桨的推力T
FP
、T
AP
及扭矩Q
FP
、Q
AP
，敞水试验步骤四中用盒式天平测得吊舱推力T
AP
和吊舱包阻力R
U
，吊舱单元有效推力：
[0023]T
U
＝T
AP
‑
R
U
………………………………………
(1)
[0024]式中：
[0025]Tu为：吊舱单元有效推力；
[0026]T
AP
为：吊舱推力；
[0027]R
U
为：吊舱包阻力；
[0028]把混合对转吊舱推进系统看做一个整体，并以前桨直径、转速进行无量纲化，混合对转吊舱推进系统的进速系数的计算方法如下：
[0029][0030]式中：
[0031]J
sys
为：对转吊舱推进系统敞水进速系数；
[0032]w为：伴流分数；
[0033]V
A
为：进速，单位m/s；
[0034]n
FP
为：前桨转速，单位r/s；
[0035]D
FP
为：前桨直径，单位m；
[0036]伴流分数w通过敞水试验方案中的步骤一、步骤三、步骤六获得，
[0037][0038]式中：
[0039]J
normal
是自航试验得到的K
T
通过等推力法在敞水试验步骤一的敞水结果中对应的进速系数，J
reverse
是把自航试验得到的K
T
通过等推力法在敞水试验步骤三的敞水结果中对应的进速系数；
[0040]混合对转吊舱推进系统总推力系数、扭矩系数和敞水效率计算方法如下：
[0041][0042][0043][0044]上式中下标SYS代表混合对转吊舱推进系统，下标FP代表前桨，AP代表后桨，U代表吊舱单元，下同；
[0045]式中：
[0046]K
T_SYS
为：模型对转吊舱推进系统敞水推力系数；
[0047]T
FP
为：前桨推力，单位N；
[0048]Tu为：吊舱单元有效推力；
[0049]ρ为：水密度，单位kg/m3；
[0050]n
FP
为：前桨转速，单位r/s；
[0051]D
FP
为：前桨直径，单位m；
[0052]K
Q_SYS
为：模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法，其特征在于：包括水池试验设备，所述水池试验设备包括敞水试验设备、阻力试验设备和自航试验设备；所述敞水试验设备的结构为：包括敞水动力仪(1)，所述敞水动力仪(1)的头部安装有前桨(2)，还包括支撑架(8)，所述支撑架(8)上安装有吊舱天平(5)，所述吊舱天平(5)的顶部安装有伺服电机(6)，所述伺服电机(6)的输出端连接吊舱动力仪(3)，所述支撑架(8)的底部安装有防溅板(10)，所述防溅板(10)的底部安装流线型支柱(7)，流线型支柱(7)的底部安装有端板(9)，所述吊舱动力仪(3)依次穿过支撑架(8)、流线型支柱(7)和端板(9)，并在吊舱动力仪(3)头部安装后桨(4)；所述阻力试验设备的结构为：包括升降平台(11)，所述升降平台(11)的中部安装有阻力仪(12)，所述阻力仪(12)的底部连接船模(14)，所述船模(14)中部安装有自航仪(13)；所述自航试验设备的结构为：船模(14)，所述船模(14)的上部安装有吊舱天平(5)，所述吊舱天平(5)的上部安装伺服电机(6)，所述伺服电机(6)的输出端安装吊舱动力仪(3)，所述吊舱动力仪(3)的头部安装后桨(4)，所述船模(14)的内部安装有另外一个伺服电机(6)，所述伺服电机(6)的输出端安装自航仪(13)，所述自航仪(13)的输出端安装前桨(2)；水池试验方法包括如下步骤：步骤一：敞水动力仪正装单独前桨敞水试验：针对前桨(2)，敞水动力仪(1)正装，单独测量前桨(2)的敞水性能曲线；步骤二：敞水动力仪正装单独后桨敞水试验：针对后桨(4)，敞水动力仪(1)正装，单独测量后桨(4)的敞水性能曲线；步骤三：敞水动力仪反装单独前桨敞水试验：针对前桨(2)，敞水动力仪(1)反装，单独测量前桨(2)的敞水性能曲线；步骤四：吊舱方案带桨单独敞水试验：针对单独吊舱，开展吊舱敞水试验；步骤五：混合对转方案敞水试验：针对前桨(2)和后桨(4)混合推进方案，开展多个转速比n
FP
/n
AP
敞水试验，固定前桨(2)转速，后桨(4)转速随转速比变化；步骤六：混合对转不带吊舱桨敞水试验：针对前桨(2)且吊舱方案不带桨的推进方案，开展一个转速前桨敞水试验，前桨(2)转速同步骤一。2.如权利要求1所述的混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法，其特征在于：自航试验设备中，前桨(2)和后桨(4)位于同一轴线位置。3.如权利要求1所述的混合对转吊舱推进船舶的水池试验方法，其特征在于：步骤五中，转速比根据主机参数和推进器负荷分配而定。4.利用权利要求1所述的混合对转吊舱推进船舶的水池试验的数据分析方法，其特征在于：a、敞水试验数据处理和表达方式：在每一个确定的前桨(2)、后桨(4)的转速比n
FP
/n
AP
，需进行一次完整的敞水试验；敞水试验步骤一和步骤二中用敞水动力仪测得前、后桨转速n
FP
、n
AP
，前桨(2)、后桨(4)的推力T
FP
、T
AP
及扭矩Q
FP
、Q
AP
，敞水试验步骤四中用盒式天平测得吊舱推力T
AP
和吊舱包阻力R
U
，吊舱单元有效推力：T
U
＝T
AP
‑
R
U
……………………………………
(1)式中：
Tu为：吊舱单元有效推力；T
AP
为：吊舱推力；R
U
为：吊舱包阻力；把混合对转吊舱推进系统看做一个整体，并以前桨(2)直径、转速进行无量纲化，混合对转吊舱推进系统的进速系数的计算方法如下：式中：J
sys
为：对转吊舱推进系统敞水进速系数；w为：伴流分数；V
A
为：进速，单位m/s；n
FP
为：前桨转速，单位r/s；D
FP
为：前桨直径，单位m；伴流分数w通过敞水试验方案中的步骤一、步骤三、步骤六获得，式中：J
normal
是自航试验得到的K
T
通过等推力法在敞水试验步骤一的敞水结果中对应的进速系数，J
reverse
是把自航试验得到的K
T
通过等推力法在敞水试验步骤三的敞水结果中对应的进速系数；混合对转吊舱推进系统总推力系数、扭矩系数和敞水效率计算方法如下：混合对转吊舱推进系统总推力系数、扭矩系数和敞水效率计算方法如下：混合对转吊舱推进系统总推力系数、扭矩系数和敞水效率计算方法如下：上式中下标SYS代表混合对转吊舱推进系统，下标FP代表前桨，AP代表后桨，U代表吊舱单元，下同；式中：K
T_SYS
为：模型对转吊舱推进系统敞水推力系数；T
FP
为：前桨推力，单位N；Tu为：吊舱单元有效推力；ρ为：水密度，单位kg/m3；n
FP
为：前桨转速，单位r/s；D
FP
为：前桨直径，单位m；K
Q_SYS
为：模型对转吊舱推进系统敞水扭矩系数；
Q
FP
为：前桨扭矩，单位Nm；n
AP
为：后桨转速，单位r/s；Q
AP
为：后桨扭矩，单位Nm；η
0_SYS
为：对转吊舱推进系统敞水效率；实桨修正采用ITTC推荐的敞水修正方法进行修正，即：前桨(2)通过ITTC1978常规方法进行修正；后桨通过《Podded Propulsion Tests and Extrapolation》.ITTC 7.5
‑
02
‑
03
‑
01.3进行修正，具体如下：吊舱推进器单元的尺度效应修正包括两部分，桨叶的修正和吊舱包的阻力修正：K
TUS
＝K
TUm
‑
ΔK
T
+ΔK
TU
……………………
(7)K
QS
＝K
Qm
‑
ΔK
Q
……………………………
(8)式中：K
TUm
、K
TUS
为：吊舱单元模型和实物有效推力以前桨直径、转速的无量纲化后的值；ΔK
T
、ΔK
Q
为：推力系数和扭矩系数的修正量；ΔK
TU
为：吊舱包阻力对单元推力的修正量；K
Qm
、K
QS
为：后桨模型和实物的扭矩系数；式中：ΔK
T
和ΔK
Q
可通过CB/T 816
‑
2019《螺旋桨模型敞水试验方法》计算得到，K
TUm
为吊舱单元有效推力以前桨直径、转速的无量纲化后的值，ΔK
TU
为吊舱的阻力对单元推力的修正值：正值：其中为尺度因子，通常取0.75。式中：D
AP
为：后桨直径，单位m；ρ
m

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉龙，王文涛，吴炜，孙立宪，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：