GB/T36580-2018
船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法
Testmethodofmodelpropellerforcavitationobservationandpressurefluctuationmeasurement
- 中国标准分类号（CCS）U11
- 国际标准分类号（ICS）47.020.20
- 实施日期2019-04-01
- 文件格式PDF
- 文本页数12页
- 文件大小1.01M
以图片形式预览船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法
船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法
国家标准 GB/T36580一2018 船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法 Testmethodofmdelpropellerforeavitationobservationamd pressurefluctuationmeasurement 2018-09-17发布 2019-04-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/36580一2018 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国海洋船标准化技术委员会(SAC/TC12)提出并归口
本标准起草单位:船舶重工集团公司第七O二研究所
本标准主要起草人;黄红波、施小勇、薛庆雨,冯光
GB/36580一2018 船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法 范围 本标准规定了船舶螺旋桨空泡及其诱导的作用于船体表面脉动压力模型试验时,应遵循的相似参 数、伴流分布的模拟与测量、空泡观测和脉动压力测量的程序,以及对试验设施与测试仪表的要求
本标准适用于各类水面船舶螺旋桨在可变压力循环水槽或空泡水筒中的空泡脉动压力模型试验， 也可作为螺旋桨模型在减压拖曳水池中进行空泡脉动压力试验时的参考 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
2.1 空泡cavitation 在液体动力作用下,在液体内部或液体与因体界面上发生的一种相变现象
在船舶领域.通常指低 于饱和燕汽压力条件下,在液体中相对运动的固体表面产生的一种汽化相变现象 2.2 presSurefluetuation 脉动压力pr 螺旋桨在船后运转时,在螺旋桨上方船体表面诱导的非定常压力
2.3 sureluetuation 脉动压力系数coerfieientofpres 以试验介质密度、螺旋桨转速及螺旋桨直径将脉动压力幅值无量纲化的值
2.4 面空泡裕度faeeeavitationmargin 船舶在指定运行工况下螺旋桨负荷系数与产生面空泡时的负荷系数之差除以该指定运行工况下螺 旋桨负荷系数的百分数
符号 表1中的符号适用于本文件
GB/T36580一2018 表1符号定义 符号 表述 单位 螺旋桨0.7R处的叶剖面弦长 m Co7R 螺旋桨直径 D m 进速系数: D K" 推力系数.Kr m=D K 扭矩系数;K
pm'D K" 脉动压力第;阶叶频谐调分量的系数;K， n'D N 脉动压力信号数据采集圈数 螺旋桨转速 P P 大气压力 P 脉动压力第阶叶频谐调分量的单幅值 Pa P P.MR 桨叶处于正上方位置(12点钟)时0.8R处的静压力 桨叶处于正上方位置(12点钟)时0.9R处的静压力 P尸,R P P， 水的饱和蒸汽压力 Pa 螺旋桨扭矩 Nm 螺旋桨半径 m C0,7Rv十(O.7TD" 0.7R处的试验雷诺数;R R，n.7R Rn0.7R 螺旋桨推力 水温 气温 来流水速 m/s 远前方来流参考水速 m/s 螺旋桨叶数 水的相对空气含量 a/a 水的密度 kg/m 水的运动黏性系数 m'/s P.wR一尸、 0.8R处的转速空泡数;d
o0.8R 0.5(0.8开nD" 模型 m(下标 s(下标 实船
GB/36580一2018 试验设备、仪器 4.1可变压循环水槽(空泡水筒》 螺旋桨空泡脉动压力模型试验需在来流水速可控、压力可变,并具有立式循环流道的循环水槽或空 泡水筒中进行
4.2测试仪器 4.2.1动力仪 螺旋桨模型试验用动力仪的最大转速、推力量程、扭矩量程应满足试验要求
其中动力仪推力、扭 矩测量的精度需根据模型尺度合理选取,驱动螺旋桨旋转的电机的转速控制精度应不大于0.2%
4.2.2空泡观测摄像机 用于空泡观测用的摄像机应可在频闪灯光下正常工作，且其水平线数不小于480线,记录画面不小 于25械/s
4.2.3压力传感器 用于脉动压力测量的压力传感器,其膜片直径不大于6.0mm,水中的频率响应不小于5.0kHz,量 程不大于200kPa,非线度不大于0.5%
4.2.4直流放大器 放大器激励桥压精度不大于0.1%,具有低通滤波功能,频率响应不小于20kHz,放大倍数不小于 1000
4.2.5差压变送器 水速、压力测量用的差压变送器,量程不小于150kPa,不大于250kPa
精度不大于0.5%,分辨率 不大于0.2kPa 4.2.6转速编码器 用于转速信号控制的光栅增量式转速编码器,线数不小于100线
4.2.7梳状毕托耙 用于伴流分布测量的梳状毕托粑,量程0.1m/s6.0m/s,精度不大于1.0%,分辨率不大于 0.05m/s
4.2.8频闪灯控制系统 频闪灯控制系统具有内触发及外触发功能,并可实现对相位角的调节与控制,频闪灯闪烁频率范围 为0.5Hz~200Hz,功率不小于500w. 4.2.9空气含量仪 测量试验用水中的总空气含量,测量精度不大于3.0%
GB/T36580一2018 4.2.10数据采集卡 脉动压力信号数据采集卡须具有外触发同步采样和内触发同步采样功能,分辨率不小于12bit,采 样频率不小于20kHHz,通道数不少于脉动压力测量点数
5 模型试验相似参数 5.1几何相似 5.1.1 全附体船模的几何相似 试验用船模和附体(设计水线以下部分,特殊要求可取结构水线以下部分)与实船几何相似,可按照 试验设备能力,选择合适的缩尺比
为防止波浪对试验结果的影响,船模上沿口与试验段顶部需有平板 抑浪,为消除平板的附面层的影响,船模沿口需在设计水线处加高50nmm
螺旋桨、舵及其附体与船模 具有相同的缩尺比,桨与舵的安装位置与实船几何相似
船模船长加工误差不大于5.0mm,船模横剖 面尺寸与给定尺寸误差不大于0.5mm;螺旋桨模型加工精度要求加工直径与给定直径误差不大于 0.lmm, 螺旋桨模型横剖面尺寸与给定尺寸坐标误差不大于0.05mm
5.1.2假船尾船模或纯网格的几何相似 采用假船尾模拟伴流场进行空泡脉动压力测试时,在螺旋桨模型桨盘面前后一倍螺旋桨直径区域 内的几何尺寸和形状需保持与实船几何相似,叶梢与船尾表面的距离与实船几何相似,桨盘面与舵之间 的距离和实船几何相似
需在桨前方大于两倍螺旋桨直径的位置安装金属网格,通过改变网格疏密的 方法来模拟轴向伴流
采用纯网格模拟伴流场进行空泡、脉动压力测试时,用平板模拟船底,叶梢与平板间隙和实桨叶梢 与船底间隙几何相似
在桨前方大于两倍螺旋桨直径的位置安装金属网格,通过改变网格疏密的方法 来模拟轴向伴流
5.1.3空泡脉动压力试验用螺旋桨模型安装误差 螺旋桨模型安装于船模时,桨盘面位置与给定位置尺寸误差不大于2.0mm,桨与舵之间距离安装 误差不大于2.0mm,螺旋桨梢隙比(t/D)安装误差不大于2.0%
5.2螺旋桨负荷系数相等 螺旋桨模型和实桨应满足推力系数或扭矩系数相等
即K丁由=K丁,或Kon=Ka 推力系数 K下= pn2D 扭矩系数 K
m'D 5.3空泡数相等 应满足螺旋桨桨叶位于桨轴线上方12点钟位置时,桨叶0.8R处的转速空泡数与实桨相等,即 o,mRn=d.朋.,R,转速空泡数 P
P 'a.8R Gn0.8R 0.8开nD? 0.5, ”p0
GB/36580一2018 5.4雷诺数大于临界雷诺数 桨叶0.7R处的雷诺数R.7R应大于临界雷诺数,临界雷诺数取5X10 VO.7开D CS C0.7RV R no.7R 5.5空气含量 空泡、脉动压力测试时,试验用水中的相对空气含量不宜过低
不同实验设施需选择合适的空气含 量,在确保试验用水中有足够气核的同时,能清晰观测螺旋桨表面空泡形态
伴流场模拟 6.1全附体船模伴流场模拟 可以不进行目标伴流场的模拟和伴流分布的测量,但在船模安装时,应使船模上沿口紧贴试验段顶 部,并利用平板抑制波浪的产生;船模水线面及中纵剖面与试验段中心线平行,最大偏差不大于船长的 0.1%
6.2假艇加网格或纯网格伴流场模拟 采用假躬加网格或纯网格的方法模拟伴流场进行空泡、脉动压力试验时,需通过调节网格的疏密程 度进行目标伴流场的模拟,目标伴流场为拖曳水池中测得的轴向标称伴流场
6.3伴流场的测量 6.3.1毕托耙的安装 毕托粑固定在模型螺旋桨桨轴上,使其总压测量孔在桨盘面的位置上,位置偏差不大于2.0mm. 6.3.2轴向伴流场测量需具备的条件 桨盘面处伴流场测量时对试验用水质有一定的要求,需满足以下条件 除气,降低水简中试验用水的相对空气含量,防止气泡堵塞毕托肥的测压孔或堆积测压管 a 路中; 确保水简水质洁净,所含固体颗粒杂质较少,防止杂质堵塞毕托粑测压孔 b 排除毕托耙测压管路中的气泡; c d 试验要选择合适的水速,水速太低雷诺数偏低,水速太高,毕托耙尾部会有局部振动,均影响 测试精度
6.3.3轴向伴流场的测量及实施 轴向伴流场的测量 轴向伴流场测量一般不少于五个半径,其中内半径应不大于0.4R,最外半径应不小于1.05R,且 0.8R以外应不少于两个测量半径
轴向伴流场的实施 实验前,毕托耙排气,检查测速、测压系统是否正常
根据试验要求,启动水速到达指定值,并 a 保持稳定
b 试验时,将毕托粑在正上方12点钟位置,作为模拟伴流场的零度基准,按照螺旋桨旋向依次测
GB/T36580一2018 量周向各指定角度位置的水速
周向角度间隔一般取10",在高伴流区可适当加密,在低伴流 区可适当放宽
6.4伴流分布模拟结果的表示与评判 伴流场测量结果的表示: 伴流场测量结果以桨叶的周向位置角度为横坐标,轴向伴流分数为纵坐标,绘制不同测量半径处的 伴流分数随周向角度变化的伴流分布图,并将模拟伴流分布与目标伴流分布绘制在同一图上
伴流场模拟结果的评判: 模拟的伴流分布与目标伴流分布在对应半径上的周向平均伴流的偏差应不大于10.0%,伴流峰对 应位置、对应宽度及对应幅值的偏差应不大于5.0%,且模拟测量总的轴向平均伴流分数与目标值偏差 应不大于5.0.
螺旋桨模型空泡观测 空泡观测用视频观测系统的安装与调试 模型螺旋桨空泡观测用视频控制系统的安装与调试步骤如下 频闪灯布置在试验段合适位置,频闪光可照亮整个螺旋桨模型所在区域
a b 对于大型空泡水槽,在试验用螺旋桨模型前上方船底板上左右两侧和船模后方,安装小型摄 像头;双桨或多桨船可在桨模前上方船底板上开一小型窗口,利用透明有机玻璃板代替船底 线型,并在有机玻璃板上方船模内安装小型摄像头观察螺旋桨桨叶背空泡,在船模后方安装 摄像头观察螺旋桨桨叶面空泡;对于空泡水筒,可在水筒试验段观测窗外架设视频或图像记 录设备
所有摄像头的布置以能清晰拍摄到螺旋桨桨叶典型位置上的空泡特征为准
用螺旋桨模型转速输出信号控制频闪灯闪光频率,频闪灯控制系统应能实现对螺旋桨桨叶准 确定位与跟踪
7.2螺旋桨空泡观测程序 螺旋桨模型空泡观察试验程序如下 试验前根据螺旋桨的旋向,确定最容易产生叶背空泡的第一象限从后向前看)及叶面空泡的 a 第三象限; b 在空泡水简或水槽完全充满水的情况下,通过调节频闪灯光的位置及强弱,选择合适的摄像 头焦距,确保桨前方摄像头能较好观测螺旋桨轴线以上范围内叶片可能产生空泡的区域及螺 旋桨表面上的标记线,桨后方空泡观测的摄像头需避开舵的影响,能较好观测可能产生叶面 空泡的区域; 空泡试验前,需测量螺旋桨水动力性能,测量点应包含试验工况下推力系数或扭矩系数,且在 试验工况点对应的推力系数或扭矩系数前后至少有三个测量点， 试验状态参数确定;根据螺旋桨水动力结果,按照实桨工况的负荷系数,确定等负荷系数条件 下螺旋桨模型试验的进速系数,选取合适的螺旋桨模型试验转速及试验水速,确保试验雷诺 数大于临界雷诺数,再根据空泡数相等条件,计算出试验时应满足的压力条件 通过摄像头及存储设备记录指定工况下螺旋桨模型一周360°(一般间隔10')桨叶叶背及叶面 空泡形态变化影像资料,对于摄像头拍摄不到区域,需结合肉眼观测,记录空泡产生情况; 面空泡裕度测量;以消失面空泡作为面空泡的起始,首先确定桨叶叶面在实船对应工况时是否 有面空泡,若无面空泡,需保持试验水速与压力不变,降低螺旋桨转速,使螺旋桨叶面面空泡充 分发展,再缓慢增加螺旋桨模型转速,当螺旋桨叶面空泡刚好消失时,记录面空泡消失时的试
GB/36580一2018 验转速及试验水速
7.3空泡观测结果表达 空泡观测结果按下述方式表述 根据试验现场结果及空泡录像影像资料,按图1中图例手工绘制空泡形态图,在螺旋桨模型转 动一周360"范围内,每间隔10"绘制一张空泡形态图,由此可确定桨叶上各类型空泡起始、发展 到消失过程的空间位置; b 根据面空泡裕度测量的试验转速、水速及螺旋桨模型直径,计算面空泡消失时的进速系数,并 根据水动力结果计算产生面空泡起始时的负荷系数及面空泡裕度
如果面空泡裕度<15%， 需给出具体百分数
a) 稳定片空泡 间歇性非稳定片空泡 b 非稳定片空泡 雾状空泡 S 云状空泡 e 离散泡空泡 h 非稳定的涡空泡 薄的稳定的梢涡/毅涡空泡 L 厚的稳定的梢涡/较涡空泡 猝发涡空泡 图1 空泡形态描述图例
GB/T36580一2018 螺旋桨空泡诱导的脉动压力测量 8.1脉动压力传感器的安装 脉动压力传感器安装需满足以下条件 测量模型螺旋桨空泡诱导的脉动压力传感器安装在桨盘面上方的船底板上脉动压力传感器 a 数量应不少于5个,且在桨盘面正上方应有一个压力传感器
传感器布置区域一般在桨盘面 上方船底板上1倍螺旋桨模型直径区域内,具体视船尾的实际情况而定,传感器之间距离为 0.1D~0.3D之间
D)压力传感器安装时,应保证传感器的膜片与船底板下表面齐平，且船底板传感器安装孔边缘 无毛刺与明显凹凸点
8.2脉动压力测量程序 脉动压力测量程序如下: 试验前,需对测量用传感器,放大器,采集系统作压力标定,计算传感器的标定系数; a b 螺旋桨模型空泡形态记录完毕后,测量并保存指定工况下每个通道空泡诱导的脉动压力原始 电压时域信号及转速脉冲信号,采样频率需大于20kHz,采集数据N>100r的脉动压力 信号; 待所有指定试验工况测试结束后,以设计吃水状态的负荷系数为相似条件,选择合适的试验水 速和螺旋桨转速,调节压力直至螺旋桨叶片表面无任何类型空泡生产时,测量无空泡状态下螺 旋桨诱导的船体脉动压力电压时域信号及转速脉冲信号
8.3脉动压力测量结果分析与表达 将整100r的螺旋桨模型脉动压力信号,用转速脉冲重新采样,对每10r信号进行傅里叶分析
P Pasin(izor十9a i=1,2,3;k=1,2,3N/10 5 得到模型螺旋桨各阶叶频分量的脉动压力幅值Pi=1,2,3),用N/10次的值取算术平均 可求得P N10 P N1o 根据下式计算得到无量纲的脉动压力系数K， K=- m'D" 因螺旋桨模型试验中雷诺数大于临界值,忽略脉动压力尺度效应影响条件下,根据模型试验的相似 关系,可得实尺度船舶脉动压力系数: K 一 Kr, 由K尸,
即可预报实船螺旋桨在指定试验工况下的脉动压力各阶叶频分量的幅值 9 P
=K，×p.×n×D(i=1,2,3) 脉动压力测量结果可按表2表达,左列为传感器编号脉动压力传感器编号与其具体安装位置可参 考图2所示)右列为15阶叶频分量
前五阶叶频分量需用柱状图画在同一图上,如图3所示
同时 根据需要亦可给出无量纲脉动压力系数及其相位,其表达方式与表2类似
GB/36580一2018 表2××吃水实船脉动压力预报 单位为帕 传感器 lst 2nd 3rd 4th 5th P1 P2 P3 船头 左触 右般 P4 P1 P5 P8 IP11 整盘血 巴4桨盘面 P2 P6 P9 P12 P3 P7 P10 P13 0.12nD. 船尾 图2脉动压力传感器布置 4000 360o 冒 320o 280o 240o 2000 1600 120o 800 400 瞧 aL助 P14 P12 P13 不同位置 图3××吃水脉动压力预报
GB/T36580一2018 考文献 参 [[1]Q/702J0321一2001空泡水简螺旋桨空泡、脉动压力试验规程 [2幻 Q /702]1802一2009循环水槽模型螺旋桨脉动压力试验规程 [3]潘森森,彭晓星.空化机理,国防工业出版社,2013. []王国强,盛振邦.船舶推进,国防工业出版社.1985. [5]王国强,董世汤.船舶螺旋桨理论与应用.哈尔滨;哈尔滨工程大学出版社,2005 [们 ITTCRecommendedProcedures7.5-02-03-03.3.TestingandExtrapolationMethodsPro pulsion;CavitationInducedPressureFluctuationsModelScaleExperiments,2005. manufac ITTcRecommendedProeedures7.5-010101.Theprecisionofmodel lpropeler ure,2005. 0
船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法GB/T36580-2018
随着船舶工业的不断发展，船舶螺旋桨的设计和制造也变得越来越复杂。螺旋桨在运行时会产生空泡现象，进而影响船舶性能。为了研究船舶螺旋桨的空泡脉动压力特性，需要进行模型试验。
GB/T36580-2018是一项关于船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法的标准，该标准规定了试验用具、试验装置、试验条件和试验方法等内容。
在实施试验前，需要准备好试验用具和试验装置。试验用具包括试验模型、传感器、数据采集系统等，试验装置包括水槽、泵等。试验时需要控制好水温、水质等试验条件。
试验过程中，传感器将螺旋桨在水中运动时产生的压力信号转化为电信号，通过数据采集系统采集并处理数据。试验结束后，可以通过对数据进行分析和处理，得出船舶螺旋桨在不同工况下的空泡脉动压力特性。
总之，GB/T36580-2018标准的实施可以更加准确地研究船舶螺旋桨的空泡脉动压力特性，有助于提高船舶性能和降低船舶的噪音和振动。
