螺旋桨敞水试验实验报告
对转螺旋桨敞水试验技术
8.4.1 对转螺旋桨敞水试验技术敞水试验是研究螺旋桨在均匀流场中的工作特性。
敞水试验的目的是：（1）进行系列模型桨试验，建立螺旋桨设计图谱；（2）研究螺旋桨的不同几何特性参数对其水动力性能的影响，为改进设计和优化设计提供试验数据；（3）提供模型自航试验和实雷推进性能预报必要的敞水性证曲线。
一、试验方法和试验设备螺旋桨敞水试验必须满足的相似准则是进速系数J。
雷诺数、弗氏数、相对潜深都属于限制参数。
为了消除自由液面的影响(兴波和吸气)，螺旋桨的轴线潜深应大于或等于一个桨径。
为了避免严重的粘性尺度效应，桨模雷诺数要求大于某一临界值，这一点在下文将作专门讨论。
试验方法有二种：(1)固定进速（拖车速度不变）、改变螺旋桨转速，此方法称等速度法；(2)固定螺旋桨转速，改变进度（变化拖车速度），此方法称等转速法。
目前使用的敞水试验装置有二种结构形式：一种是扁舟式敞水箱。
螺旋桨动力仪、换向和减速齿轮箱、电机等安装在箱体内，驱动螺旋桨的空、实轴伸出箱体外，为减小箱体对螺旋桨流动的影响，螺旋桨与箱体之间的轴向距离要求大于2—3倍桨直径。
另一种是炮弹式敞水试验装置。
其外型为流线型圆柱体，类似于炮弹形状。
动力仪及驱动螺旋桨的传动轴系安装在圆柱体内。
圆柱体上方有一空心的弓形剖面的支杆一直伸到水面上，安放在水面上的电机通过直角传动机构驱动螺旋桨轴转动。
这种结构形式的优点是对螺旋桨流动的干扰影响小，另外可以允许增大潜深，提高车速。
敞水试验的主要测量仪器是螺旋桨动力仪。
中国船舶科学研究中心水池用于正、反转螺旋桨敞水试验的动力仪有变磁阻式空、实轴螺旋桨动力仪、电阻应变式多功能螺旋桨动力仪。
螺旋桨转速由光电式或磁电式速度仪测量。
图8-8是鱼雷对转桨试验装置的示意图。
图8-8 鱼雷对转桨试验装置示意图1- 内轴；2-外轴；3-空心万向轴节；4-空心动力仪；5-换向齿轮箱；6，7-万向联轴节8-减速齿轮箱；9-光电测速仪；10-电机。
船舶实验
船舶与海洋工程实验技术实验报告班级：姓名：学号：指导老师：华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2016年6月1日螺旋桨敞水试验一、实验目的(1)对于某一具体的螺旋桨，通过模型试验可以确定实际螺旋桨的水动力性能。
(2)通过多方案的试验研究，可以分析螺旋桨的各种几何要素对水动力性能的影响。
(3)检验理论设计的正确性，不断完善理论设计的方法。
(4)通过对螺旋桨模型的系列试验，可以绘制成专用图谱，供设计螺旋桨使用。
现时广泛使用的楚思德B 系列图谱和MAU 系列图谱等都是螺旋桨模型系列敞水试验的结果。
二、实验原理满足以下条件：几何相似； 螺旋桨模型有足够的深度； 试验时雷诺数应大于临界雷诺数。
进度系数相等。
22412252(,)(,)A A V nD T n D f nD V nD Q n D f nD ρνρν==螺旋桨雷诺数采用ITTC 推荐表达式：νπ2275.0)75.0(Re nD v c a +=临界雷诺数一般大于3×105为消除自由液面影响，桨模的沉深深度：m s D h )0.1-625.0(≥三、实验设备主要设备是螺旋桨动力仪 。
四、实验内容敞水试验通常是保持螺旋桨转速不变，改变拖车前进速度。
速度范围应从Va ＝0至推力小于零的进速之间，在该范围内测点取15个左右。
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，以避免箱体的影响。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
2、仪器安装及操作进入数据采集界面，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 可知，螺旋桨直径D已定，如果螺旋桨转速n太低，我们需要提高进速V，才能是J达到足够到。
船舶快速性 4螺旋桨模型的敞水试验
f
时间T
2 ML 1 L M L a b c d e L f kL ( ) ( ) ( 3 ) ( ) ( 2 ) 2 T T T L T T
M : 1 d L : 1 a c 3d 2e f T : 2 b c e 2 f
肯夫在汉堡试验池中的试验 （J =0.85）
J(当KT=0)
η 0(当J=0.85)
J ，η
10KQ(当J=0.85) KT(当J=0.85)
10KQ(当KT=0)
5×10
10×10
15×10
当Rn> 4 ~ 5×105 时，各曲线几乎与 横坐标相平行，意 即此时螺旋桨的性 能几乎与雷诺数无 关。因此这个数值 即为临界雷诺数。
Ds Dm D Dm Ds
α uα
K
2лrn
螺旋桨的尺度作用对推力的影响较小， 对扭矩的影响较大。 实桨和桨模在同一 J 值时： KTm< KTs， KQm> KQs， η0m＜η0
尺度修正办法
① 不修正
因为桨模加工可以做得很光 滑，而实桨比较粗糙，因粗糙而增加之阻力 大体抵消了尺度作用，故可不予修正。
T VA nD2 n 2 D 2 KT 2 4 f1 ( , , ) n D nD gD
同理
Q VA nD2 n 2 D 2 KQ 2 5 f 2 ( , , ) n D nD gD
KT J VA nD2 n 2 D 2 0 f3 ( , , ) KQ 2 nD gD
η
K T ,10K Q,
10KQ
KT
0
0
0.1
0.2
不同桨轴沉深螺旋桨敞水性能试验
７３９ 时ꎬ除了 Ｊ ＝ ０. ８６６ 以外ꎬ随着 Ｈ ｓ / Ｄ 的减小ꎬＫ Ｔ 、１０Ｋ Ｑ 、η０ 、Ｋ Ｔ / Ｋ′Ｔ 、Ｋ Ｑ / Ｋ′Ｑ 和 η０ / η′０ 相应减小ꎬ螺旋桨的敞水
性能受沉深的影响较大ꎬ且 Ｊ 越小ꎬ影响越大ꎻ当 Ｊ≥０. ８６６ 时ꎬ螺旋桨的敞水性能受桨轴沉深的影响较小ꎮ
同吃水条件下的自航试验数据分析时ꎬ通常采用静水中桨轴沉深足够大情况下的螺旋桨敞水特性曲线ꎬ由于
在进行浅吃水自航试验数据分析时桨轴沉深一般较浅或部分出水ꎬ这样的处理不尽合理ꎮ
关于不同桨轴沉深对螺旋桨敞水性能的影响ꎬ已有不少学者对此进行研究ꎮ 曹梅亮 [２] 研究了变沉深和
波浪中的螺旋桨的敞水性能ꎬ指出当桨轴沉深比 Ｈ ｓ / Ｄ > ０. ７５ 时ꎬ螺旋桨的敞水性能不再受自由液面的影
响ꎬ桨轴沉深较浅ꎬ螺旋桨的推进性能变差的主要原因是螺旋桨吸气ꎮ 贾大山等 [３] 研究了螺旋桨吸气及其
水动力性能ꎬ将近自由液面螺旋桨吸气分为初始吸气、局部吸气和全吸气等 ３ 个阶段ꎬ发现局部吸气阶段螺
旋桨的推力和扭矩波动较大ꎬ并指出近自由液面螺旋桨敞水试验需满足进速系数、沉深比和弗劳德数相等ꎬ
且雷诺数大于临界值ꎮ 黄红波等 [４] 研究了不同沉深比的半浸式螺旋桨的动态力ꎬ指出半浸桨的侧向力和弯
ｓｕｃｔｉｏｎꎬ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｆｕｌｌ ａｉｒ ｓｕｃｔｉｏｎ. Ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｉｎ ｓｔｕｄｙꎬ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｓｈａｆｔ ｉｓ ｄｅｅｐ ｅｎｏｕｇｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ
ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｒ ｂａｌｌａｓｔ ｄｒａｆｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ. Ｈｏｗｅｖｅｒꎬ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｓ ｓｅｅｎ ｉｎ ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ ｓｈａｌｌｏｗ
【精品】船舶与海洋工程实验技术螺旋桨敞水试验指导书
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0、前言............................................. 错误!未指定书签。
1、敞水箱安装....................................... 错误!未指定书签。
2、仪器安装及操作................................... 错误!未指定书签。
2.1动力仪........................................... 错误!未指定书签。
3、敞水试验数据处理错误!未指定书签。
图1敞水箱......................................... 错误!未指定书签。
图1动力仪......................................... 错误!未指定书签。
图2电机........................................... 错误!未指定书签。
图33KW稀土直流电动机调速装置...................... 错误!未指定书签。
图4转速数字显示仪................................. 错误!未指定书签。
图5WD990微机电源.................................. 错误!未指定书签。
图6操作台整体视图................................. 错误!未指定书签。
图7放大器背面接口................................. 错误!未指定书签。
图8放大器正面..................................... 错误!未指定书签。
图98HZ采集程序图标................................ 错误!未指定书签。
第4章 螺旋桨模型的敞水试验汇总
第四章螺旋桨模型的敞水试验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。
它是检验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：①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绘制而成的。
②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，并为改善螺旋桨性能指出方向。
③校核和验证理论方法必不可少的手段。
④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。
螺旋桨模型试验的重要性如上所述，但模型和实际螺旋桨形状相似而大小不同，应该在怎样的条件下才能将模型试验的结果应用于实际螺旋桨，这是首先需要解决的问题。
为此，我们在下面将分别研究螺旋桨的相似理论以及尺度作用的影响。
§4-1 敞水试验的相似条件从“流体力学”及“船舶阻力”课程中已知，在流体中运动的模型与实物要达到力学上的全相似，必须满足几何相似、运动相似及动力相似。
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。
下面将用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法则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D(代表螺旋桨的大小)、转速n、进速VA、水的密度ρ、水的运动粘性系数ν及重力加速度g有关。
换言之，我们可用下列函数来表示推力T和各因素之间的关系，即T = f1(D，n，V A，ρ，ν，g)，为了便于用因次分析法确定此函数的性质，将上式写作：T = k D a n b cAVρd νe g f(4-1)式中k为比例常数，a、b、c、d、e、f均为未知指数。
船舶敞水实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的和意义本次船舶敞水实验旨在通过在循环水槽中对船舶模型进行单独的水流条件下的性能试验，达到以下目的：1. 配合自航试验，分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能。
2. 分析比较各种船舶设计方案的优劣，选择性能最佳的船舶设计。
3. 进行船舶系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供船舶设计使用。
4. 根据船舶试验结果，验证船舶理论，分析几何参数对船舶性能的影响规律。
二、实验原理与背景船舶敞水实验是船舶推进领域的重要实验之一，通过对船舶模型在循环水槽中的敞水试验，可以获取船舶在不同工况下的推进性能数据。
实验原理基于流体力学和船舶推进理论，主要包括以下几个方面：1. 相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似，才能将模型试验数据应用于实桨。
2. 雷诺数：桨模试验的雷诺数必须超过临界值，以保证实验数据的可靠性。
3. 浸没深度：为了避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足一定条件。
三、实验设备与仪器本次实验使用的设备与仪器如下：1. 循环水槽：用于模拟船舶在水中的运动。
2. 螺旋桨模型：用于模拟实船推进系统。
3. 数据采集系统：用于采集实验数据。
4. 测速仪：用于测量螺旋桨转速。
5. 力传感器：用于测量螺旋桨受到的推力。
6. 计时器：用于测量船舶模型在水中的运动时间。
四、实验步骤与数据采集1. 实验准备：首先对实验设备进行检查，确保其正常工作。
然后，将螺旋桨模型安装在船舶模型上，调整螺旋桨的安装角度和浸没深度。
2. 实验开始：启动循环水槽，调整螺旋桨转速，使船舶模型在水槽中稳定运行。
3. 数据采集：使用数据采集系统实时采集螺旋桨转速、推力、船舶模型速度等数据。
4. 实验结束：关闭循环水槽，整理实验数据。
五、实验结果与分析1. 螺旋桨转速与推力关系：通过实验数据，可以得到螺旋桨转速与推力的关系曲线。
根据曲线，可以分析螺旋桨在不同转速下的推进性能。
螺旋桨敞水性能预报讲解
Rhee and Josh ，2003 ：k-w 湍流模型，对一5页桨计算，10%误差 唐登海，1997 ：B-L 代数湍流模型，对DTRC419桨计算，压力分布、 螺旋桨流场三维流动特性及尾流结果良好，边界层、某些地方的速度 分量偏差较大 张志荣，2004 ：SST k-w湍流模型，对许多螺旋桨模型取得成功， 部分工作点工况偏差较大
二、影响计算的主要因素及其选取
• 怎样划分网格
螺旋桨流场计算域
二、影响计算的主要因素及其选取
• 样划分网格
网格分类
• 非结构网格
• 结构化网格 • 分块混合网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 怎样划分网格
网格分类
• 非结构网格
• 结构化网格 • 分块混合网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 螺旋桨敞水性能计算的一般步骤
• 数值方法（Numerical Method）的选取 离散格式 求解算法 湍流模式
• 几何建模与网格划分（Model Geometry and Grid Generation） • 计算结果考察分析（Result Analysis）
一、螺旋桨敞水性能计算概述
• 流场预报需考量的因素
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
湍流模式的选取
龚吕，2007 ：标准k-ε模型，对六叶斜侧反扭桨计算， 高富东，2010 ：k-ε、k-w、RSM模型，对DTMB4119桨计算，敞水 性能最大误差k-ε（7.41%）、k-w（11.21%）、RSM（5.47%）
二、影响计算的主要因素及其选取
f. 离散的代数方程求解：Gauss-Seidel迭代法
二、影响计算的主要因素及其选取
螺旋桨敞水试验报告
螺旋桨敞水实验一、实验目的和意义螺旋桨模型的敞水实验是在循环水槽中测试螺旋桨模型单独在水流条件下进行的性能试验，是《船舶推进》课程在整个教学过程中的一个重要环节，其目的： 1、 配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能 2、 分析比较各种螺旋桨设计方案的优劣，选择性能最佳的螺旋桨3、 进行螺旋桨系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供设计螺旋桨使用。
4、 根据螺旋桨试验结果，进行螺旋桨理论的验证，分析几何参数对螺旋桨性能的影响规律。
二、模型试验要求和准备工作图2.1 螺旋桨敞水试验布置图1、桨模敞水试验的相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似才能将模型试验数据应用在实桨上。
为避免缩尺影响过大，桨模试验的雷诺数Re 必须超过临界值，螺旋桨的雷诺数根据1957年ITTC 会议推荐采用的下列定义式Re =其中0.75C -- 0.75R （半径）处叶剖面的弦长（m ） D-- 螺旋桨的直径（m ） A V-- 螺旋桨的进速（m s ） n-- 螺旋桨的转速（round s ）υ--水的运动粘性系数（2m s ）根据1978年ITTC 会议建议，临界雷诺数为5Re 3.010=⨯临。
2、为避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，在桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足 1.0h D ≥，其中h 为桨轴中心线距水面的距离（m ）。
3、敞水动力仪的流线罩与桨模安装位置应有足够大的距离，以避免因流线罩干扰的水流影响试验结果。
一般要求桨轴伸出在罩外的长度大于三倍桨模直径。
4、螺旋桨轴端身在前面，其轴端平面对水流的干扰将影响进入桨面的水流，因此在试验时应加装导流罩帽。
桨模后方也应装有光顺的过渡导流罩，以使将毂到桨轴的阶梯处不致产生涡流。
5、螺旋桨动力仪在试验前应作静校验，并应测量轴承摩擦损耗和桨轴在水中旋转时的摩擦损耗s Q ∆和s T ∆，以便对试验结果进行修正。
校验时，将动力仪按照试验要求装载拖车上，在装桨模的位置处安装个假毂，其外形与桨毂相同，重量与桨模相近，可用铜或铅制成，桨轴埋水深度按试验要求放置。
大工18秋《船模性能实验》实验报告
姓名：报名编号：学习中心：层次：专业：实验1：船模阻力实验一、实验知识考察1、简述水面船舶模型阻力实验相似准则。
2、船模阻力实验结果换算方法有哪些？二、实验后思考题1、船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？2、实船摩擦阻力计算中，粗糙度补贴系数是根据什么选取的？实验2：螺旋桨敞水实验一、实验知识考察1、简述螺旋桨模型敞水实验必须满足的条件。
2、简述螺旋桨敞水实验的实验步骤。
二、实验后思考题和计算题1、螺旋桨敞水性征曲线的意义是什么?2、螺旋桨敞水试验中，测得推力T=62.2N，扭矩Q=24.4N·m，水的密度ρ=1.03⨯kg/3m，螺旋桨的转速n=14r/s, 螺旋桨直径D=0.202m，拖车速度10V=2.08m/s。
计算推力系数、扭矩系数、敞水效率、进速系数。
a实验3：船模摇荡实验一、实验知识考察1、简述耐波性主要研究的内容。
2、简述船模摇荡实验的主要设备。
二、实验后思考题1、船模惯性矩计算中，纵向惯性半径和横向惯性半径怎么选取？2、为什么要进行船模惯性调整？实验4：船模自航实验一、实验知识考察1、船模自航方法都有哪些？简述其中一种方法。
2、简述推进效率的各种成分。
二、实验后思考题1、船体对螺旋桨有哪些影响？2、螺旋桨对船体有哪些影响？虚拟试验数据打开课件—实践环节—虚拟试验，根据老师的讲解进行操作，然后任选一个虚拟试验，在完成虚拟试验后纪录虚拟试验数据，注意，每个人的参数肯定是不同的。
字体大小宋体小四。
（本段在完成自己内容后删除。
）学习心得为区分实验报告是否独立完成，请写些自己对该实验课程的想法或者学习心得。
字体大小宋体小四。
（本段在完成自己内容后删除。
）。
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螺旋桨敞水实验
一、试验过程
1、按照临界雷诺数的要求，螺旋桨模型的试验转速应当尽可能高一些。
但是还应考虑到动力仪量程的限制和水槽流速可能达到的最大进速，最后选定试验转速。
2、试验时进速A V 的变化范围应从0A V =开始至推力T 为负值止。
在此区间内选择10个速度点进行试验。
3、保持螺旋桨转速不变，使水流稳定在某一个速度，同步测量下列数据： 螺旋桨转速n （r s ）、前进速度A V （m s ）、推力0T （N ）、扭矩Q （N m ⋅）。
4、 改变水流速度和转速，重复下一组参数试验。
二、实验数据记录及处理
1．螺旋桨敞水实验相关参数： 桨模直径： D=0.1175m 桨叶数： Z=4 螺距比： P/D=0.8 模型缩尺： λ=40
实验水温： t=淡水20℃
2.敞水实验记录数据及螺旋桨敞水性征系数
3.敞水性征曲线图（J—K T、10K0、η0）。