螺旋桨模型敞水试验方法
螺旋桨设计与模型试验
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长 宽 高 最高水速 压力范围
10.5m 2.2m 2.0m 15m/s 10-350kPa
大型循环水槽
大型循环水槽
５６００ＴＥＵ集装箱船螺旋桨模型试验
大型循环水槽
20 CSSRC(DT) HSVA CSSRC(BT) HSVA
Pa
0 No.01 No.02 No.03 No.04 No.05 No.06 No.07 No.08 No.09 No.10 No.11 N0. of transducers
-5.0 -4.0 -3.0 -2.0
Experiment Calculation by Hosino Calculation by CSSRC
Cp
-1.0 0 0.0 1.0 2.0 90
B
180 Theta 270 360
F
P4119桨CFD计算结果与试验结果比较
0.8 0.7 0.6 0.5 KT 0.4 10KQ 0.3 0.2 0.1 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 J 10KQ KT Experiment Calculation(RANS)
• 105,000DWTAframax型原油船螺旋桨(D=7.2m)
• 105,000DWTAframax型原油船螺旋桨(D=7.2m)
• 175,000DWT好望角型散货船螺旋桨设计(D=8.23m)
• 177,000DWT好望角型散货船螺旋桨设计(D=8.23m)
• 177,000DWT好望角型散货船螺旋桨设计(D=8.23m)
• 177,000DWT好望角型散货船螺旋桨设计(D=8.23m)
• 298,000DWT油船螺旋桨设计(D=9.9m)
船模自航试验指导书
T=
Rtm − Z 1− t
2. 在进行试验时，阻力仪砝码杆上的砝码重量相应于预定的强制力 Z。由拖车通过刹车装置带动船 模前进，同时启动螺旋桨，当拖车加速到预定速度时，保持匀速前进，松开刹车装置，使船模于 拖车脱开，同时调节螺旋桨转速使其达到预计的推力 T，使船模与拖车等速前进，待稳定后，记 录船模速度 V，转速 n，强制力 Z，推力 T，转力矩 Q。依上述方法系统改变强制力进行试验，可 得对应于一个速度的一组自航数据。改变试验速度依次进行试验，可得相应速度的若干组自航数 据。 六、试验数据的整理和分析 1. 对测量数据进行速度修正 在对某一预定速度 Vm 进行试验时，一般需要变更强制力 Z 五次，即该组试验要进行五次。由于很难 保证五次测得的速度都是预定的试验速度 Vm ，故需将试验测得的数据修正到对应于预定苏打 Vm 的数值。 如某次试验测得的船模速度为 V0 ，其相应测得的数据为 n0 , T0 , Q0 , Z 0 ,则可用下述方法将其修正至预定速
[Cts ]m =
Rts 1 ρ sVs2 S s 2
，表示由船模阻力换算所得的实船总阻力系数。
在实船性能预估中，其总阻力系数应取为 [C ts ]s = [C ts ]m + ∆CT 。 ∆CT 称为实船性能的相关因子。根 据交大水池的分析结果
∆CT = 0.1831 − 1.6154 × 10 −10 RN ( RN 为实船雷诺数） 。
船模自航试验指导书
一、船模自航试验的目的： 通过船模阻力试验及螺旋桨模型敞水试验，我们分别求得船体阻力曲线及螺旋桨的敞水性征曲线，但 是，实际上船体和螺旋桨是一个整体，当船舶在船后螺旋桨工作时运行，它们之间彼此相互影响附近的速 度场和压力场，此种影响是非常复杂的，迄今还不能用纯粹理论的方法来正确计算，而船模自航试验是目 前研究船体和螺旋桨相互影响最有效的方法。 船模自航试验的目的是测定船模在螺旋桨推进下的航行性能，据此可检验该船型、主机和螺旋桨之间 的配合情况，求得该船型在某一速度下的伴流分数和推力减额分数。对于新设计的船舶来说，自航试验可 用于预报实船能够达到的航速以及船体、主机和螺旋桨是否匹配。自航试验还可以对若干方案进行比较， 从而选择较优的方案。 在船模进行自航试验之前，必须完成船模阻力试验和螺旋桨模型的敞水试验。综合三种试验的结果才 能进行完整的数据分析和预报实船性能。 二、自航试验的相似理论 我们知道在船模阻力试验时必须保持模型和实船的 Fr 数相等， 而在敞水试验时必须保持进速系数 J 相 等。故在船模自航试验时必须同时满足 Fr 数和 J 相等的条件。 设 LS ，DS ，VS ，V AS，n S，及Lm，Dm , Vm，V Am，n m 分别为实船和船模的船长，桨直径，船速， 进速，转速，则由 Fr 数相等的条件得：
基于 OpenFOAM 的螺旋桨敞水性能预报方法
基于 OpenFOAM 的螺旋桨敞水性能预报方法
郑巢生;张志荣
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】为深入研究螺旋桨周围的粘流问题,基于面向对象的开源 CFD 计算平台OpenFOAM,选择 DTMB P4119桨作为对象,利用 RANS 方程计算了桨的敞水性能,并分别考察了网格依赖性和离散格式的影响。
同时分析了不同半径处叶剖面的压力分布及桨前后的流场速度分布。
为保证对流项离散的稳定性和高精度性,采用了二阶 NVD 格式 Gamma 混合差分格式,选取 k-wSST 模型作为湍流模型,压力速度耦合采用 SIMPLE 松弛算法。
计算结果与试验数据吻合较好。
研究建立了基于OpenFOAM 的螺旋桨敞水性能预报方法
【总页数】6页(P30-35)
【作者】郑巢生;张志荣
【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214082
【正文语种】中文
【中图分类】U661.33
【相关文献】
1.螺旋桨敞水性能数值预报方法研究 [J], 孔为平;王金宝;冯学梅
2.RANS方法和升力面理论预报螺旋桨敞水性能比较研究 [J], 刘艳;赵鹏飞;周力;
陈朝晖
3.基于CFD法的船用螺旋桨敞水性能预报 [J], 伍蓉晖;何珍;彭翔;田中文
4.船舶螺旋桨敞水性能预报方法研究现状 [J], 骆雨; 郑高
5.CFD方法预报螺旋桨敞水性能及CFD方法不确定度分析 [J], 杨雨潇
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导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究
导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究吴湘荣;王永生;蒋超【摘要】为实现快速预报导管螺旋桨敞水性能曲线，利用 CFD流体计算软件对导管螺旋桨敞水试验进行数值模拟。
将计算结果绘制成的敞水性能曲线与实验结果进行比较，并对导管螺旋桨的敞水性能进行分析，验证数值模拟计算方法的可行性与准确性。
分析螺旋桨敞水工作时的推力、力矩及敞水效率的变化特点发现，随着进速的增大，导管产生的推力不断减小并在高航速下转化为阻力。
研究该导管桨在系泊工况下的敞水性能指标，对系泊工况边界条件的设置进行改进。
%In order to predict the open-water performance of ducted propeller quickly the CFD software was used to simulate the open-water experiment of ducted propeller. According to the results of calculation, the open-water performance curves were drawn and compared with the results of experiment. The open-water performance according to the results was analyzedand it's feasibility and accuracy were verified. The parameters of propeller in open-water is analyzed which including thrusttorque and open-water efficiency. The thrust of the duct decreased with the increase of the propeller’s velocity. And the performance index of the ducted propelled were researched when it worked at mooring conditions, and the method for setting the boundary condition at mooring conditions were studied.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】5页(P42-46)【关键词】CFD;导管螺旋桨;定常计算;性能分析;系泊工况【作者】吴湘荣;王永生;蒋超【作者单位】海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】U664.33导管螺旋桨与普通螺旋桨的不同之处在于其桨的外围多了 1 个套筒，该套筒的纵剖面为机翼型或折角型［1］，此为导管螺旋桨的导管。
大工17秋《船模性能实验》实验报告答案
网络教育学院《船模性能实验》实验报告学习中心：层次：专业：学号：学生：完成日期：实验报告一一、实验名称：船模阻力实验二、实验目的： 主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。
三、实验原理：1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。
（1）船模与实船保持几何相似（2）船模实验的雷诺数e R 达到临界雷诺数以上。
（3）船模与实船傅汝德数相等2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。
答：安装激流丝的作用，用1=Φmm 金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。
称重工作的作用，准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？答：常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。
二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC 性能委员会推荐的换算方法。
4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。
答：傅汝德假定的内容是：①假定船体的总阻力可以分为独立的两部分，一为摩擦阻力f R ，只与雷诺数有关，另一个为粘压阻力pv R 和兴波阻力w R 合并后的剩余阻力r R ，只与傅汝德数有关，且适用比较定律。
②假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。
因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩擦阻力，通常称为相当平板摩擦。
傅汝德换算关系式：3)(αρρm s fm tm fs ts R R R R -+=四、实验内容： （一）填写实验主要设备表（表格可以追加）（二）实验步骤： 答：一.船模阻力实验准备（1）船模制作：船模缩尺比依据水池的长度和航速决定的，船模线型要与实船保持几何相似，表面必须光洁，满足一定的加工精度。
船模使用的材料通常是木模，木模不易变形，蜡模成本低。
（2）安装激流丝：用1=Φmm 金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。
（3）画水线：按首尾吃水、平均吃水画水线。
考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟
考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟
赵辰;杨晨俊
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2014(32)3
【摘要】螺旋桨工作时在其周围形成诱导速度场,诱导速度随到桨叶距离的增大而衰减。
采用CFD方法模拟螺旋桨敞水性能时,只能截取有限尺度的流域进行计算,此时计算域边界上诱导速度并不为零,将进口速度设为进速是近似的。
一般采用足够
大的计算域,使螺旋桨前方及侧面边界尽量远离桨叶。
为了在较小的计算域中实现
螺旋桨敞水性能的准确预报,提出在设定进口速度时计入螺旋桨诱导速度的CFD模拟方法。
应用升力面方法计算诱导速度,将进口速度设为进速与诱导速度之和。
逐
步减小计算域尺度,考察敞水性能及压力分布计算结果的变化情况及精度。
算例比
较表明:通过考虑诱导速度,可以大幅度减小进口与螺旋桨的距离而不降低计算精度。
【总页数】7页(P72-77)
【关键词】螺旋桨;敞水性能;诱导速度;CFD;UDF
【作者】赵辰;杨晨俊
【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.CFD敞水螺旋桨性能计算分析 [J], 缪宁跃;孙江龙
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5.CFD方法预报螺旋桨敞水性能及CFD方法不确定度分析 [J], 杨雨潇
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于iSIGHT平台DOE方法的螺旋桨敞水性能优化设计_程成
收稿日期：2006-03-30 E-mail：kingcheng_cheng@ 作者简介：程成 (1982－)，男，江苏徐州人，硕士，研究方向计算机软件设计； 须文波 (1946－)，男，江苏无锡人，博士，教师，博士生导 师，研究方向自动控制； 冷文浩 (1962－)，男，江苏无锡人，博士，研究员，研究方向为计算数学、CAE 二次开发和应用服务器研究。
iSIGHT 软件是在解决工程实际问题的过程中产生的，在 过程集成以及多学科、多目标优化等方面功能强大，满足了当 前发展对螺旋桨优化设计的需求，因此选择 iSIGHT 作为螺旋 桨优化设计系统的软件平台。
1 iSIGHT 软件介绍
目前，大部分的设计过程经常面临着多学科的严峻挑战。 由 最 优 组 件 或 子 系 统 组 成 的 产 品 ，并 不 一 定 是 全 局 最 优 的 产 品 。 产 品 设 计 过 程 已 经 成 为 一 个 多 目 标 优 化 决 策 过 程 ，是 一 个 多 学 科 交 叉 综 合 设 计 的 优 化 过 程 。多 学 科 优 化 设 计 的 理 论
DOI:10.16208/j.issn1000-7024.2007.06.065
第 28 卷 第 6 期 Vol. 28 No. 6
计算机工程与设计
Computer Engineering and Design
2007 年 3 月 Mar. 2007
基于 iSIGHT 平台 DOE 方法的螺旋桨敞水性能优化设计
在 以 前 的 设 计 和 开 发 实 践 中 ，在 一 个 最 终 的 设 计 方 案 得 到 以 前 ，计 算 流 体 力 学 分 析 和 测 试 确 认 一 般 都 要 伴 随 着 设 计 的 改 变 而 运 行 多 次 。这 就 是 生 产 设 计 实 践 中 典 型 的 设 计 － 评 估 － 再 设 计 的 循 环 。 这 个 循 环 包 括 了 改 变 设 计 ，运 行 模 拟 过 程 ，分 析 设 计 结 果 的 过 程 的 反 复 。 这 个 循 环 一 直 进 行 到 得 到 最 优 设 计 或 达 到 设 计 底 线 为 止 。 在 每 个 设 计 循 环 中 ，改 变 设 计 通 常 是 基 于 试 验 或 者 是 经 验 。模 拟 和 分 析 都 需 要 花 费 大 量 的 时 间 来 重 复 。 为 了 解 除 这 个 人 工 干 预 的 瓶 颈 ，就 要 能 集 成 计 算 流 体 力 学 分 析 和 优 化 设 计 的 过 程 。这 个 处 理 不 仅 减 少 生 产 设 计 的 循 环 时 间 ，而 且 它 能 集 成 最 新 成 熟 的 优 化 算 法 到 计 算 流 体 力 学 的 模 拟 程 序 中 去 ，从 而 能 实 现 计 算 机 设 计 自 动 化 的 潜 力 。 在 这 个 计 算 机 辅 助 设 计 的 过 程 中 ，可 以 应 用 计 算 流 体 力 学 模 拟 ，设 计 空 间 探 索 ，鲁 棒 性 设 计 和 质 量 工 程 等 方 法 ， 这样可以同时实现优异的设计和低廉的价格 。 [1]
附体节能技术试验研究_陈顺怀
55 卷 第 1 期 （总第 208 期）
陈顺怀，等：附体节能技术试验研究
31
图 3 箱后敞水桨与螺旋桨+舵的 Kt、10Kq 曲线比较
由图 3 可知，因桨舵干扰，螺旋桨后流场发生明显变化，推力系数 Kt 和扭矩系数 10Kq 较敞水桨均 有所提高，并随着进速系数 J 的增加，差距逐渐增大。 1.2.3 桨舵组合体推力及扭矩
水线长 Lwl/m
6.8043
型宽 B/m
1.1882
表 3 自航试验船模主要参数
型排水体积 ▽/m3
方形系数 Cb
垂线间长 Lpp/m
吃水 T/m
1.9922
0.875
6.6526
0.2878
船体湿面积 S/m2
浮心纵向位置 Xb/（%Lpp）
11.1719
0.391
试验在船模拖曳水池中进行，调整压载重量使首尾水线满足吃水要求。将船模安装在拖车上进行 拖曳试验，记录船模速度和船模阻力，自航试验采用强迫自航方法，试验船模速度为 0.9674、1.1056、 1.2438、1.3820 m/s，对应实船速度 14、16、18、20 km/h，其中 18km/h 为设计航速（试验船模如图 10 所示）。
(a) 大小舵球扭矩系数 10Kq 曲线
(b) 10Kq 相对舵变化率（△10Kq）曲线
图 5 大小舵球扭矩系数 10Kq 曲线及 10Kq 相对舵变化率（△10Kq）曲线
32
中国造船
学术论文
由图 4 可知，大/小舵球的推力系数 Kt 均大于光舵，且小舵球推力系数 Kt 大于大舵球。随着进速 系数 J 的增加，大/小舵球的△Kt 逐渐增大，其中小舵球增幅 0.64%~5.16%，大舵球增幅 0.40%~4.13%。
自航实验方案
1、概述1.1 试验内容1.2试验条件试验设备：拖曳水池：拖车：阻力（拖力）测量设备：推力、扭矩测量设备：桨模敞水试验箱；自航船、桨模驱动与传动装置；船模导向装置；船模夹具；数据采集与分析处理系统：1.3试验模型参数表2.1 实船与船模主要参数列表螺旋桨模型参数：桨叶数： 4直径：0.17925m盘面比：0.45毂径比：0.15(P/D)1.0R：0.608(P/D)0.7R: 0.637缩尺比： =401.4模型试验方法1.4.1 船模静水拖曳阻力试验水面静止的条件下，闭合夹具，由拖车带动船模至设定航速，释放夹具，并通过阻力测量仪（四自由度适航仪）测量得到该航速下的船模阻力，然后关闭夹具，减速停车，低速退回到起始位置，待水面平静后进行下一航次的试验，如此反复进行，直至完成整个航速范围内的船模阻力试验；记录试验当时水温。
其中，拖点位于船模重心铅垂线上，高度则位于设计水线面，船模导向方式为首导向杆方式，夹具位于船模后部。
1.4.2 螺旋桨模型敞水性能试验螺旋桨模型敞水性能试验采取设定桨模转速，改变桨模进速进行试验的方法。
即每航次中不改变桨模转速（Nm=1260rpm），只改变桨模进速。
所有试验与测量仪器均安放在敞水试验箱内，桨模安装在由敞水箱前端向前伸出的桨轴前端，桨轴长度大于四倍桨模直径，外面包有轴套管，桨模前端安装有导流帽，轴套与敞水箱连接处设有导流罩，桨毂与轴套之间平顺过渡。
具体的实验方法：水面静止的条件下，由拖车带动敞水试验箱至设定航速，同时调整螺旋桨模型至指定转速（1260rpm），通过螺旋桨动力仪测量得到该航速和桨模转速下的桨模推力与扭矩，然后减速停车，低速退回到起始位置，待水面平静后进行下一航次的试验，如此反复进行，直至桨模推力变为负值，停止试验；换装桨毂，以桨模敞水试验对应的航速与桨模转速进行试验，测量得到轴系及桨毂的摩擦力矩和推力修正值；记录试验当时水温。
1.4.3船模自航试验船模自航试验采用强迫自航法。
螺旋桨空泡试验指导书
螺旋桨模型空泡试验指导书一、试验目的和意义由于桨叶负荷过重以及船尾流场的不均匀而产生的螺旋桨空泡，是导致桨叶剥蚀损伤和船尾强烈振动的重要原因。
避免螺旋桨空泡激振，已成为近代商船螺旋桨设计中必须考虑的一个重要因素。
因此，对空泡的机理、尺度效应、预测方法及防止对策等问题的研究就显得日趋重要了。
螺旋桨模型空泡试验是进行上述研究的一个重要手段。
试验一般在空泡试验筒或减压水池中进行，螺旋桨模型的进流可以是均匀来流或模拟船尾伴流。
通过本试验可以观察和测量桨叶上空泡的初生、消灭及空泡区域、体积随时间的变化情况，测量不同空泡数时螺旋桨模型的水动力性能等。
本教学试验的目的是使学生对螺旋桨空泡现象有一个感性认识，并初步掌握螺旋桨模型空泡试验的方法。
二、相似定律用模型试验来研究螺旋桨的空泡现象时，除应满足敞水试验的相似条件外，还必须考虑空泡现象的模拟问题。
表征空泡现象的系数是空泡数σ：20021V p p vρσ−=其中，s a h p p γ+=0。
若两几何相似的螺旋桨进速系数相等，则在实桨和桨模对应点处的速度成比例，各对应点处的减压系数：1)/(2120200−=−=V V V p p b bρξ必将一一对应相等。
若能满足对应点空泡数相等，则各对应点处的减压系数ξ与空泡数σ的关系保持一致，因而空泡现象得到了模拟。
在未产生空泡时，两几何相似的螺旋桨只要满足进速系数相等的条件，便可通过伯努利方程推导出压力相似的条件。
但在产生空泡以后，尚需满足空泡数相等的条件。
综上所述，实桨和桨模空泡相似的条件为：m S J J = m s σσ=式中，下标s 和m 分别代表实桨和桨模所对应的值。
现进一步讨论满足上述相似条件时，实桨进速与桨模进速，以及实桨转速与桨模转速之间的关系。
由进速系数相等的条件可以导出：λ1.s m As Am n n V V = 其中m s D D /=λ为模型的缩尺比。
满足空泡数相等的条件为：20202121As s vss Am m vm m V p p V p p ρρ−=−设s m ρρ=，则有vss vmm As Amp p p p V V −−=00假设试验在敞露的水池中进行，且桨模的沉没深度与实桨相等，则s m p p 00=；在常温下进行试验时， vs vm p p =。
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螺旋桨模型敞水试验方法
螺旋桨模型敞水试验是一种用于研究船舶的流体力学，深入了解船舶水动力性能的试验方法。
这种试验是将船舶的模型放入水中，让它以恒定速度移动，从而可以从推进水动力，抗压力，抗侧压力，驱动力，抗滑等方面深入了解船舶的水动力性能。
螺旋桨模型敞水试验的实验设备包括模型试验船台，模型试验船桨，测速仪，水动力接头和控制台等。
模型试验船台是由钢结构或木结构制成的，主要用于安装模型试验船桨和控制台，其形状一般是蒙特卡罗形状，也称为试验池。
模型试验船桨是模拟实际船舶桨叶的模型，根据要求制成不同形状和大小，主要用于模拟船舶推进和驱动力。
测速仪是用于测量模型船舶横向、纵向速度及模型船舶的前进速度的仪器，测速仪的原理是通过收集模型船舶受到的水流来推算信号。
水动力接头是一种装在模型船舶模型船体上的笼型结构，通过它可以将模型水动力力矩传递到控制台上，从而测量模型船舶推进和侧向力矩。
控制台主要用于处理模型船舶的推进水动力和侧向力矩，并对模型船舶涡轮推进器的转角和抗滑设置提供方便。
螺旋桨模型敞水试验一般是按照系列步骤进行的，首先，需要进行准备工作，将模型船舶的模型及其相关测试设备安装在试验船台上，并调试模型船舶的涡轮推进器，使其可以以一定的速度移动；其次，在敞水实验中，取几组不同的参数，包括模型船舶的推进水动力，抗压力，抗侧压力等，使模型船舶以恒定的速度在水中移动，并将横向、纵向以及推进水动力等测试参数记录在测试记录表中；最后，根据实
验结果，进行分析和比较，得出模型船舶的水动力性能。
螺旋桨模型敞水试验是测试船舶的水动力性能的有效方法，可以更深入地了解船舶水动力性能，为实际船舶设计提供准确的参考。
但是，螺旋桨模型敞水试验实验一般要求模型船舶具有较高的精度和准确性，在实验过程中，需要控制模型船舶的移动精度以及测量仪器的精度和准确性，否则会导致实验数据的误差太大而无法得到可靠的结论。
总之，螺旋桨模型敞水试验是计算船舶水动力性能的有效方法，为船舶设计提供了有价值的参考依据，但是，也有一些局限性，实验过程要求模型船舶具有较高的精度和准确性，而且需要对模型船舶的移动精度以及测量仪器的精度和准确性进行控制，以保证实验结果的可靠性。