[发明专利]螺旋桨脉动压力非对称测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及船舶水动力学试验领域，具体涉及一种螺旋桨脉动压力非对称测量装置。

背景技术

由于国际贸易的迅速发展，对航运业提出了更高的要求，集装箱船、滚装船等船型得到了广泛应用；船队也向海洋纵深发展。这类民用船舶航速不断提高，导致单机功率迅速增长，而船舶的吃水受到港湾的自然条件和设施的限制，螺旋桨直径不能过分增加，于是螺旋桨的负荷加重了，伴随而来的是在船舶性能方面出现例如尾部振动、结构损坏、噪声和剥蚀等问题，引起各国对螺旋桨激振力研究的重视。在试验设备及课题研究方面都有新的发展，如建造减压水池，大型工作段的水洞等。

通过研究，人们认为螺旋桨引起船体振动的激振力有三类。第一类是由于螺旋桨在船后不均匀伴流场中工作，以叶频为基频的脉动力和力矩作用在桨叶上，并通过轴承传给船体。螺旋桨制造不精确，各叶片间的螺距不同，航行中叶片的损坏或弯曲或轴的拉线不准也要引起不定常力。这种通过轴承传给船体的力通常称为轴承力；第二类是螺旋桨的不定常力通过水传给船体表面，即使在均匀流场中，由于螺旋桨的叶数有限，也会在船体表面产生以叶频为基频的变动压力。这类力成为表面力；第三类力是舵力，由于舵在螺旋桨后不定常尾流中，它必然受到按叶片频率变化的脉动力矩作用，这类力通过舵柱传给船体，舵力比前两类力小。这些不定常力的存在就引起人们对进入螺旋桨盘面的流动情况的关注，以采用正确的船体及附体的形状与布置，以便得到比较均匀的来流，尽可能减小振动。

螺旋桨不定常力的试验和理论研究，使人们对螺旋桨激起的船体振动有了新的认识。考虑船尾不均匀的伴流场，由此而产生螺旋桨的脉动激振力，还不足以解释船尾的激烈振动。因为还有另一个重要的因素是桨叶上发生空泡会导致脉动压力和相位的大的变化，特别是重载螺旋桨在不均匀程度比较严重的伴流中工作，当桨叶进入高伴流区时，不可避免的要出现空泡，随着桨叶离开高伴流区，空泡又消失，这种不定常空泡引起了振幅剧变的脉动压力，比定常空泡情况下要高得多，而往往这脉动压力又趋于同相位。这是产生船尾剧振的主要根源。

由于螺旋桨激振力问题十分复杂，理论预报至今仍是船舶快速性研究中的薄弱环节。近年来，尽管CFD技术得到了很大发展，但在定量分析与造船工程应用方面，试验手段确定螺旋桨产生的脉动压力及船体振动水平仍然具有不可替代的地位。

空泡水洞是进行螺旋桨激振力性能试验的最主要载体，主要涉及船模快速性试验、螺旋桨空泡形态试验、螺旋桨敞水性能试验和螺旋桨脉动压力测量等流体动力试验项目。其中螺旋桨激振力(脉动压力)的测量包括轴承力、表面力和舵的激振力测量。

为了保证测量精度，传感器安装板的中心测量点一般设置在螺旋桨的正上方。从20世纪70年代至今，前美国、荷兰、德国等国家的相关研究机构先后公布了用于空泡水洞的压力脉动测量装置，但是这些装置监测点一般采用对称分布模式无法满足试验研究需要，主要体现在以下几个方面：(1)采用五点式或九点式对称的监测点布置方法来测量螺旋桨尾流这种非对称的流场的脉动压力的空间变化，未必能捕捉到激振力最大值；(2)单纯采用多根螺杆连接传感器安装板与水洞观察段盖板及升降装置，在调节时需要调节各螺杆的行程，在这一过程中很难保持四根支撑螺杆同步，同时很难调节安装板水平浪费了大量时间；(3)脉动压力测量平板在测量过程中会发生振动，对安装其上的传感器会产生不利影响。

为深入研究螺旋桨脉动压力产生的机理和规律，并解决空泡水洞现有脉动压力测试装置的不足，本发明提供一种结构合理、布置紧凑、装卸方便、安全可靠的非对称脉动压力测试装置，为螺旋桨脉动压力的预报提供测试技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中的问题，提供了一种使螺旋桨在空泡水洞中进行脉动压力测量时，能高效的捕捉螺旋桨脉动压力最大值的螺旋桨脉动压力非对称测量装置，本装置采用可升降式结构，能够快速平稳地调节脉动压力传感器的工作位置，提高装置的测量精度。