螺旋桨敞水实验
一、实验目的和意义
螺旋桨模型的敞水实验是在循环水槽中测试螺旋桨模型单独在水流条件下进行的性能试验，是《船舶推进》课程在整个教学过程中的一个重要环节，其目的： 1、 配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能 2、 分析比较各种螺旋桨设计方案的优劣，选择性能最佳的螺旋桨
3、 进行螺旋桨系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供设计螺旋桨使用。

4、 根据螺旋桨试验结果，进行螺旋桨理论的验证，分析几何参数对螺旋桨性能的影响规律。

二、模型试验要求和准备工作
图2.1 螺旋桨敞水试验布置图
1、桨模敞水试验的相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似才能将模型试验数据应用在实桨上。

为避免缩尺影响过大，桨模试验的雷诺数Re 必须超过临界值，螺旋桨的雷诺数根据1957年ITTC 会议推荐采用的下列定义式
Re =
其中0.75C -- 0.75R （半径）处叶剖面的弦长（m ） D
-- 螺旋桨的直径（m ） A V
-- 螺旋桨的进速（m s ） n
-- 螺旋桨的转速（round s ）
υ
--
水的运动粘性系数（2
m s ）
根据1978年ITTC 会议建议，临界雷诺数为5
Re 3.010=⨯临。

2、为避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，在桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足 1.0h D ≥，其中h 为桨轴中心线距水面的距离（m ）。

3、敞水动力仪的流线罩与桨模安装位置应有足够大的距离，以避免因流线罩干扰的水流影
响试验结果。

一般要求桨轴伸出在罩外的长度大于三倍桨模直径。

4、螺旋桨轴端身在前面，其轴端平面对水流的干扰将影响进入桨面的水流，因此在试验时应加装导流罩帽。

桨模后方也应装有光顺的过渡导流罩，以使将毂到桨轴的阶梯处不致产生涡流。

5、螺旋桨动力仪在试验前应作静校验，并应测量轴承摩擦损耗和桨轴在水中旋转时的摩擦损耗s Q ∆和s T ∆，以便对试验结果进行修正。

校验时，将动力仪按照试验要求装载拖车上，在装桨模的位置处安装个假毂，其外形与桨毂相同，重量与桨模相近，可用铜或铅制成，桨轴埋水深度按试验要求放置。

在要求的转速下运转动力仪，测量此时的摩擦损耗s Q ∆。

设定不同的水流速度，则可测得推力修正值()s A T f V ∆=。

将测得之值绘成曲线备査。

6、对于螺旋桨模型的系列试验要求有较高的精度，故在试验前还应对动力仪进行动态校验。

其方法是将动力仪按试验要求及浸水深度装在水槽上，用一个标准螺旋桨模型按照规程进行敞水试验，其目的在于检验本次试验结果与以前的数据是否一致，从而判断仪器及安装状态是否正常。

推力测量误差要50mN <±，扭矩测量误差应300mN m <⋅，转速误差0.1%<。

三、试验程序
1、按照临界雷诺数的要求，螺旋桨模型的试验转速应当尽可能高一些。

但是还应考虑到动力仪量程的限制和水槽流速可能达到的最大进速，最后选定试验转速。

2、试验时进速A V 的变化范围应从0A V =开始至推力T 为负值止。

在此区间内选择10〜15个速度点进行试验。

3、保持螺旋桨转速不变，使水流稳定在某一个速度，同步测量下列数据： 螺旋桨转速n （r s ）、前进速度A V （m s ）、推力0T （N ）、扭矩Q （N m ⋅）。

4、 改变水流速度和转速，重复下一组参数试验。

四、试验结果的处理
1、试验中测量得到的推力0T 和扭矩0Q 须经修正后方可使用。

螺旋桨推力0s T T T =-∆
（N ）
螺旋桨受到的扭矩0s f Q Q Q Q =-∆-∆ （N m ⋅）
式中，f Q ∆为动力仪本身的摩擦损耗，应在静校时确定，s Q ∆为轴承和浸在水中的桨轴的摩擦损耗，s T ∆则为桨毂阻力和桨轴阻力所造成的推力修正值，前而已有说明。

2、试验结果采用下列无因次系数表示：
螺旋桨进速系数
A
V J nD
=
螺旋桨推力系数
24
T T
K n D ρ=
螺旋桨扭矩系数
25
Q Q
K n D
ρ=
⋅⋅ 螺旋桨敞水效率
02T
Q
K J K ηπ=
⋅ 3、将试验结果按上述公式计算出各个无因次系数，将算得的()T K f J =和()Q K f J =绘成螺旋桨敞水特征曲线，再按光顺后的,T Q K K 值计算()0f J η=并绘在同一张图上。

图4.1 某螺旋桨敞水效率曲线图
五、原始实验数据记录及处理
转速：n=482r/min
螺旋桨模型特征曲线图
六、实验结果分析与总结。