[科普中国]-螺旋桨敞水试验

简介

模型试验可以估算螺旋桨运转性能。模型试验必须测，出螺旋桨的特性曲线，这些特性曲线可作为新船螺旋桨设计的基础。船的尾型可多方面变化，这会引起螺旋桨运转条件的变化。因此用桨模在均匀流场中做试验是方便的。这种模型试验叫做螺旋桨敞水试验。通常进行敞水试验时要借助于自动记录的动力仪，而动力仪放在为这种试验专门建造的敞水箱上。2

敞水箱具有一根向前伸出的轴管。螺旋桨在敞水箱前面均匀速度场中运转，它几乎是处于不受敞水箱势流干扰状态。敞水箱固定在拖车上，在右图中示出了这种布置，通常由水面到桨轴的距离等于螺旋桨直径D而定出敞水箱的位置。敞水箱也可做成雪茄形状，可浸在水中，由一垂直臂固定在拖车上。如果满足下面条件：(a)几何相似； (b)运动相似；(c)动力相似。作用在桨模和实桨上的比力将相同。当模桨和实桨有相同形状时就遵守了几何相似，从而可以估算螺旋桨在实际水流中的性能。2

试验方法螺旋桨模型敞水试验的目的就是要测定螺旋桨的性能，故在试验过程中应使进速系数有足够大的变化范围。各试验池中不外乎采用下列两种方法以得到不同的进速系数值，即：

第一种方法：保持模型的转速不变，而以不同的进速进行试验。

第二种方法：保持模型的进速不变，而以不同的转速进行试验。

采用第二种方法时因转速不能无限加大，因而进速系数的变动范围有一定限度，不能得到进速系数为零时的情况。故试验池中常采用第一种方法或第一种与第二种结合的方式来进行螺旋浆模型的敞水试验。

在进行试验时，所有测量仪器及有关设备都安装在拖车上，螺旋桨动力仪安置在流线型之铜质护匣内(通常称为敞水箱)，其尾轴向前方伸出，故螺旋桨模型装在仪器之前，且其叶背向前。为了避免敞水箱在水中运动时影响螺旋桨模型附近的水流情况，模型应在护匣之前足够远处。桨轴的沉没深度应不小于模型的直径，以清除兴波的影响。试验时需测量的数据为：螺旋桨模型的进速、转速、推力及转力矩。其中进速即为拖车前进的速度，可借记录仪上所记录的时同和距离来决定。转速可由转数仪来测定，推力及转力矩埘则由动力仪上直接读出。3

作用在船舶螺旋桨的性能研究与工程设计中，经常需要进行螺旋桨的模型敞水试验，即将螺旋桨模型单独在水池或水槽中进行水动力性能测试。敞水试验有以下几个方面的作用：

(1)进行系列实验，绘制螺旋桨设计图谱；

(2)根据系列试验结果，分析几何要素对性能的影响；

(3)验证理论分析结果的真确性；

(4)配合自航试验分析船体和螺旋桨的干扰，预报船舶航行性能。4