CB/T 346-1997 螺旋浆模型敞水试验方法

ICS47.020.20

u11

CH

中华人民共和国船舶行业标准

cs/T346一1997

螺旋桨模型敞水试验方法

Themethodofopenwatertestforamodelpropeller

1997一10一17发布1998一06一01实施

中国船舶工业总公司发布

CB/T346一1997

前言

本标准是对CB`/Z346-85进行修订的。在修订时，保留了CB'/Z346-85中实践证明适合我国

各单位水池螺旋桨敞水试验的内容;同时，根据我国七“五”、“八五”的科学研究成果及各类舰船螺旋桨

敞水性能试验的经验和当前国内各单位水池的使用情况，充实了螺旋桨模型加工精度具体分项要求和

测试误差分析等内容，并提出了作测量不确定度分析的要求。

本标准从生效之日起，同时代替CB'/Z346-85,

本标准由船舶理论与实验分技术委员会提出。

本标准由中国船舶工业总公司第七研究院七O二所归口。

本标准起草单位:七O二所。

本标准主要起草人:李定尊。

本标准1985年10月首次发布。

中华人民共和国船舶行业标准

Cs/T346一1997

分类号:u11

螺旋桨模型敞水试验方法

代替CB'/Z346-85

Themethodofopenwatertestforamodelpropeller

1范围

本标准规定了船用螺旋桨模型敞水试验方法。

本标准适用于拖曳水池舰船螺旋桨模型敞水试验。

2一般要求

2.1模型

2.1.1用于系列试验的螺旋桨模型直径D->O.25m;用于自航试验的螺旋桨模型的直径D->O.12m,

2.1.2模型与实桨的几何形状必须相似，叶片无损伤，表面光洁、连续，过渡均匀光顺。桨叶表面粗糙度

R。为1.6lem，其余部位的表面粗糙度R.为3.2Im。必要时叶片导边处可按卡板加工。

2.1.3螺旋桨模型直径D<150mm时，应均匀选取4个以上测量半径。模型直径D>150mm时，应

均匀选取6^-10个测量半径。测量转角以叶面参考线为00，一般每间隔5。一个测点，直至边缘，梢部应适

当加密，螺旋桨模型应满足以下要求:

a)螺旋桨模型直径偏差为士。10mm;

b)弦长偏差为士。.10mm，或士。.5%的偏差，可取其大者;

c)螺距偏差为士。.5%，或按表1的叶面螺距偏差，可取其大者;

表1叶面螺距偏差mm

相对半径r/RP/D<1.5P/D)1.5

>0.5士0.10士0.15

0.3-0.5士0.15士0.20

<0.3士0.20士0.25

注

R-桨模半径;D-桨模直径;r一加工半径，P-螺距。

d)桨叶厚度偏差为土100，或按表2的叶型厚度偏差，可取其大者。

表2叶型厚度偏差

相对半径r1R厚度偏差

>0.5士0.10

0.3^-0.5士0.15

<0.3士0.20

4桨毅前方应安装流线形导流帽，使前方水流平顺流过螺旋桨的四周，桨毅后面应安装与轴能光

顺过渡的部分，使后方水流顺畅。

中国船舶工业总公司1997一10一17批准1998一06一01实施

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应加工一个没有桨叶但形状、尺寸与模型桨毅相同的假毅，假毅应采用铅或铜材料，为修正尾轴摩

擦的损失和修正桨叶推力。

2.1.5螺旋桨模型应采用巴氏合金，硬铝合金或铜合金等材料制作。

2.2雷诺数Re

2.2.1螺旋桨模型的雷诺数R。应按公式((1)确定:

Re=Co.}s}V.}十((0-757·，·D)zwa/o···············”·····“·一·(1)

式中:C-,-0.75半径处叶切面的弦长，m;

D-螺旋桨模型的直径，m;

V.-螺旋桨模型的进速，m/s;

，—螺旋桨模型的转速，r/s;

。—水的运动粘性系数,m'/s.

2.2.2螺旋桨模型敞水试验的雷诺数应大于国际船模试验池会议建议的敞水试验的雷诺数(Retr=

3.0X10')。对于特种形式螺旋桨模型(例如大侧斜桨)敞水试验雷诺数应更高一些，具体值可视试验数

据的稳定情况而定。

2.3螺旋桨模型安放位置

螺旋桨模型的轴中心线应沉没在水表面下大于一个螺旋桨模型的直径处，外伸于流线形敞水箱前

敞水轴的长度必须使螺旋桨模型位于箱前的距离大于螺旋桨直径的三倍。

2.4试验设备及仪器

2.4.1螺旋桨模型动力仪置于流线形敞水箱体内，通过该仪器测量出螺旋桨模型运转时发出的推力，

吸收的扭矩和桨的转速。敞水箱由拖车带动前进，桨轴中心线与水池中心线应平行。水温计应放在螺旋

桨模型轴线浸深处。

2.4.2动力仪应进行静校验和动校验，对电测动力仪的测量元件必须进行标定，求出输出量与力及扭

矩的关系量，每次螺旋桨模型进行敞水试验前，应进行标准桨模型的动校验。

仪器正确安装于拖车上之后，先用标准桨模型(最好选用ITTC标准桨型值)，按照规定的试验程序

进行敞水试验，检查本次试验结果与以往的试验结果重复性，一般应落在以往多次试验统计值的附近，

进速系数J小于敞水效率最高点的J值区域，K7,KQ的允许偏差为士10a.

2.4.3所有使用的仪器仪表必须经过有关计量部门的检定，检验合格且在有效期内方可使用。电源及

环境条件应满足试验要求。

3试验方法和测量参数

3.1用等转速方法进行试验，根据被试验螺旋桨模型的临界雷诺数、仪器量程及拖车速度选取适当的

转速。

3.2在动力仪敞水轴端，装上被试螺旋桨模型的假毅、导流帽和光顺过渡部分，敞水轴应沉浸在试验所

需的深度，让动力仪按所选定的试验转速运转，将此时输出调整为零，即消除了轴系等摩擦阻力的损失，

然后保持该转速，开动拖车，在准备试验的车速范围内，测出不同进速的假毅推力修正值并作如图1的

曲线。

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图中符号:47一假毅推力修正值，N,V.螺旋桨模型的进速，m/s;。一螺旋桨模型的转速，r/s

图1假毅推力修正曲线示意

3.3取下假毅，装上被试验的螺旋桨模型，保持转速不变，改变拖车的前进速度，作为螺旋桨敞水性能

第一象限即正车状态的试验，一般在进速从V.=。至推力T<。的范围进行试验，在规定的速度范围内

测量点取15个左右，在螺旋桨设计点附近可以加密。

3.4对每一个测点，在同一瞬时，测量下列数据:

a)螺旋桨模型的旋转速度n,r/s;

b)螺旋桨模型的进速Vm/s;

c)推力读数TT,N;

d)扭矩读数QT,N·me

3.5按公式(2)修正推力，确定螺旋桨模型的净推力。

T=TT+△了····”···························……(2)

式中:T-螺旋桨模型发出的净推力，N;

TT—动力仪测得的总推力，N;

AT假毅推力修正值，N;AT随螺旋桨模型的进速V。而变化，可由图1曲线查得。

36试验要求如下:

a)每次试验前必须检查螺旋桨的旋向是否正确，导流帽的旋紧方向应同桨模的转向相反;

b)每次试验要待水面平静方可进行;

c)必须在拖车速度和螺旋桨转速两者都稳定的情况下，才能记录读数;

d)试验区应离开船坞足够远的距离，以免回流干扰;

e)每次试验要先低速启动动力仪的转速，再开动拖车，测量完毕要先停转速后停拖车，要严防动力

仪受冲击和超载。

3.7试验结束后拆除桨模再作一次动力仪零线校核，一切正常即可进行数据处理。

试验结果表达

4.1试验结果可按公式(3)表达:

J=V,/(n·D)

KT=T/(p·n2·D')

。…，，·.……。，··。·······，’(3)

KQ=Q/(P·n2·Ds)

1.=(J/2n)·(KT/KQ)

式中:J-螺旋桨的进速系数;

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KT螺旋桨的推力系数;

KQ-螺旋桨的扭矩系数;

Io螺旋桨的敞水效率;

T螺旋桨发出的净推力，N;

62螺旋桨吸收的净扭矩，N·m;

V,螺旋桨的进速，m/s;

n螺旋桨的转速，r/s;

D-螺旋桨直径，M;

p池水密度，kg/m'a

4.2原始数据按表3进行计算，对测量点计算KT和KQ，用光顺后的推力系数K:和扭矩系数KQ计算

螺旋桨的敞水效率1.，见表40

表3敞水试验记录表

模型编号叶型使用仪器

试验编号叶厚分数to/D水温t0C

比例尺毅径比d/D密度Pkg/m'

模型直径D叶数Z日期

螺距比p/D旋向计算

盘面比Ap/A。轴倾角校对

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)

序号实际速度V.实际转速n推力T螺旋桨收到扭矩Q

IJ=V/(”·DKT=T/(p·二，·D')Kq=Q/<p·。，·刀s1

m/sr/sNN·m

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

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表4螺旋桨敞水性征计算表

模型编号叶型

试验编号叶厚分数to/D

比例尺载径比ddD

模型直径D叶数Z

螺距比p/D旋向

盘面比人轴倾角

(1)(2)(3)(4)

序号

J=V,/(n·D)KT=T/(p·。，·D")Ka=Q/(p·nZ·D')叭=(JKr)/(2a·KQ)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

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螺旋桨的敞水性征曲线应按图2的形式表达。

KT

10K.

乳

扮一、、

~、、

、、叫.、、、厂一KQ\

丫、、、卜、、{{

、、

、、

\(

/、、卜

0.30.40.50.6

图中符号KT螺旋桨的推力系数;KQ-螺旋桨的扭矩系数;从一螺旋桨的敞水效率;J一螺旋桨的进速系数

图2螺旋桨敞水性征曲线

4.4可以按公式(4)表达敞水试验结果:

NT

十

J’

f(4)

‘

少!

式中:BT—推力系数多项式的系数;

BQ—扭矩系数多项式的系数;

J—进速系数;

NT—推力系数多项式的项数;

NQ—扭矩系数多项式的项数。

试验结果评定

5.1计算试验原始数据后画出如图2所示曲线，检查测试点的连线是否光顺，趋势是否合理。

5.2在试验的进速范围内，重复试验2-v3点，计算KT,KQ值，若重复性偏差在士1%以内，则本次试验

有效。

5.3试验报告中应尽可能给出以下误差分析:

a)进速系数精密度指数U,，按公式((5)计算:

U1=(a,}+a,2+asz+a7勺Vz··········….…(5)

b)推力精密度指数UT，按公式((6)计算:

UT=(az}+40,E+16a,2十asz+a产)1/2·········“·······……(6)

c)扭矩精密度指数UQ，按公式(7)计算:

UQ=(a2“十04a+25x,2+a,，十av2)/12················……(7)

d)敞水效率精密度指数U,，按公式((8)计算:

U，二(UT2+UQz+U2)v2····.，······……(8)

式中:。1—拖车速度测量误差;

a2—动力仪推力测量误差;

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a3—动力仪扭矩测量误差;

，。—转速测量误差;

a3—模型桨直径误差;

a,—池水密度测量误差;

。，—环境条件误差;

Uj—进速系数精密度指数;

UT—推力精密度指数;

UQ—扭矩精密度指数;

U,-敞水效率精密度指数。

6尺度效应修正-

6.1螺旋桨模型与实桨之间存在尺度效应，应根据具体情况做尺度效应修正。

6.2应按1978年ITTC推荐的修正方法进行修正，当桨模与实桨在同一进速系数时按公式((9),(10)

修正。

Ks=KT，一△KT···”··········‘···”·……(9)

KQS=KQ，一AK,..。。.。。‘.…，。·。’:。二“甲(10)

式中:Kim—螺旋桨模型的推力系数;

KQ—螺旋桨模型的扭矩系数;

KTs—实桨的推力系数;

KQs—实桨的扭矩系数;

AKT—尺度效应对推力系数的修正值;

AKQ—尺度效应对扭矩系数的修正值。

AKT及△KQ按公式(11),(12),(13),(14),(15王确定:

AKT二一0.3ACQ(4'/D)(C/D)Z

AK,二0,'250CD(C/D)Z.…，.。…。·。…。···..……(12)

ACp=C_一CQ3二。…。·。.·……。…。·.······……(13

C、二2[1+2(t/C)][(0:044/Re'/')一(5/Real')](14)

C_=2[1+2(t/C)][1.89+1.62lg(C/K,)]-z“(15

式中:Z-螺旋桨的叶数;

P/D-0.75半径处的螺距比;

C-0.75半径处叶剖面弦长，m;

CID-0.75半径处叶剖面弦长与桨径比;

t-0.75半径处叶剖面厚度，m;

t/C—0.75半径处叶厚比;

Re—0.75半径处的雷诺数;

凡—实桨表面的粗糙度，一般取K,=30X10-6m;

C、—系数;

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C-—系数。

7试验报告内容

螺旋桨模型敞水试验报告可包括以下内容:

a)试验任务要求;

b)试验情况(设备、仪器、环境及过程)的简要说明;

C)螺旋桨模型的主要参数;

d)螺旋桨模型的型值表;

e)螺旋桨简图;

f)敞水试验结果(各J值对应的Kr,KQ及70值);

只)模型和实桨的敞水性征曲线。