船舶与海洋工程实验技术自航试验指导书要点Word格式文档下载.docx
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图目录
图1拉力传感器
2
图2放大器背面接口
3
图3放大器正面
4
图48HZ采集程序图标
5
图58HZ自航双桨
6
图68HZ系统设定
7
图78HZ数据采集
8
图88HZ数据处理
图9自航仪
10
图10电机
11
图11电机操作柜
12
图12转速数字显示仪
13
图13WD990微机电源
图14自航试验曲线
表目录
表1拉力传感器规格表
表2自航仪规格表
0、前言
自航试验有以下主要目的:
(1)分析和研究各种效率成分,研究桨、船两者的相互作用;
(2)预报实船性能。
即通过试验给出主机功率、转速和船速之间的关系,得出实船的航速预报,验证设计的船舶是否满足任务;
(3)判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
我们所采用的自航方法为强迫自航法,又称英国法.有关自航的详细理论请参考《船舶性能实验技术》(第五章),俞湘三等主编,上海交通大学出版社。
1、船模制作
船模的制作和装载状态的调整都和阻力试验是一样的,此处就不在赘述。
2、仪器安装及操作
2.1电测阻力仪
电测阻力仪主要是用来测量强制力Z。
本系统主要由硬件,软件两部分组成:
硬件:
它是由多组十六路信号放大处理器、采集卡、计算机组成。
原理方框图如下:
信号放大处理器主要技术指标:
采样通道:
16路
输入阻抗:
>
2MΩ
零点漂移:
0.05%
精
度:
0.05%
D/A转换板:
12位
精度
0.015%
具体操作过程如下:
首先,拉力传感器固定在机械阻力台上,如图1所示
图1拉力传感器
拉力传感器,一头由数据线连接,到拖车操作室接到放大器背后的接口处,放大器型号为:
HG-98多功能数据处理系统,如图2和图3所示
图2放大器背面接口
图3放大器正面
选择通道,如CH5,然后放大器通过采集卡与计算机(靠门口那台)相连。
此外,拉力传感器的另一头有钢丝连接,与拖曳船模的钢丝相连接。
拉力传感器规格如下表1所示
表1拉力传感器规格表
类别
量程
系数
电压
拉力传感器
10Kg
30.5
6v
25Kg
33.3
12v
50Kg
66.6
100Kg
135
150Kg
211.5
500Kg
1150
1000Kg
1527
10v
软件:
采用VB语言编程,主要由窗体模块及标准数学分析模块组成。
软件流程图如下:
具体操作过程如下:
数据采集程序在电脑桌面上名为8HZ,如图4所示。
图48HZ采集程序图标
双击桌面图标8HZ,进入程序。
此时,一定要等程序自检的进度条读出一段后,再点击忽略。
然后点击“自航试验”,选择“双桨”,如图5所示。
图58HZ自航双桨
进去之后,选择系统设定,如图6所示。
此处,我们拉力传感器规格为25Kg,接的是CH2,所以在在通道二中更改,系数可以在表1中找到。
由于25Kg需要的电压为12V,所以在图3放大器正面中,调整CH2通道的电压为12V。
系统设定中的电压为5V,不用调整。
以双桨自航为例,我们需要在放大器中设置5个通道,分别测量强制力Z,左桨推力T左、扭矩Q左和右桨推力T右、扭矩Q右。
拉力传感器和自航仪的电压和系数的设置,请参照表1和表2.
图68HZ系统设定
然后进入数据采集界面,如图所示。
在拖车开动之前,要对拉力传感仪进行调零。
即在水池水面平稳状态下,钢丝处于松弛状态时,点击系统设定里面的调零保存,使该通道的工程值基本在0附近飘动。
具体采集过程,见3自航试验操作。
图78HZ数据采集
图88HZ数据处理
数据处理,和阻力部分一样,仍打开对应的文件名,然后拉取较平稳的一部分,然后读数记录。
2.2自航仪
自航仪为测量船模航行时螺旋桨的推力和扭矩的仪器
型号参考如下表格。
表2自航仪规格表
电压(V)
德国自航仪
10kg25kg.cm
推力:
34.2扭矩:
82.5
6.0扭矩:
10.0
德国自航仪(坏头)
35扭矩:
82
自航仪5#(702所)
10kg30kg.cm
33.75扭矩:
69
自航仪9#(702所)
33.2扭矩:
67.6
自航仪(702所)
25kg50kg.cm
40扭矩:
167
12.0扭矩:
12.0
具体操作过程
自航仪与电机和螺旋桨通过轴系进行连接,可以测量螺旋桨的推力和扭矩。
图9自航仪
图10电机
电机通过电源线与电机操作柜相连。
我们通过电机操作柜开启、关闭电机,并且能够调整电机的转速。
图11电机操作柜
此外在电机上还连接有转速数字显示仪,通过转速显示器上的数字变动,我们能够直观的看到转速的变化,如图12所示。
此仪器同样通过稳压电源进行供电,如下图13所示。
图12转速数字显示仪
图13WD990微机电源
自航仪的数据采集和强制力都是同时完成,可参考2.1的此部分。
3、自航试验操作
在未装螺旋桨之前,我们先要测量桨轴的零扭矩Q0,后续计算会用到。
在进行自航试验时,为使船模和实船的阻力之间满足缩尺比的三次方的关系,我们需要人为的增加一个摩擦阻力修正值,即
实际上,试验时在船模上加一个拖曳力FD,则桨模发出的推力Tm需克服的阻力为(Rtm-FD)。
在这一点上,试验船型达到力的平衡,称改点为实船自航点。
通常我们需要提前估算一下实船和船模的摩擦阻力系数,公式如下:
摩擦阻力系数计算采用1957-ITTC公式,其表达式为:
自航试验一般应不少于4个自航速度,即vm1,vm2,vm3,vm4,其中vm3应相当于实船的设计航速,vm4则高于实船设计航速,各速度应取合理的间隔。
对于某一选定的自航速度vm,一般取5个不同的强制力,即Z1,Z2,Z3,Z4,Z5。
为使试验点分布较均匀合理,一般取Z=0,相当于船模自航点。
Z3=FD,相当于实船自航点。
其余的大致为:
Z2=0.5FD,Z4=1.5FD,Z5=2FD。
在拖车开动之前,先让螺旋桨转动一定转速,比如500转,然后开动拖车,继续增加或者减小转速,使操纵台上拉力传感器的数值稍大于FD,此时就是我们需要的第一个强制力.
根据实际情况,以比上一次大一些的转速转动螺旋桨,然后启动拖车,等拖车稳定后,采集数据.我们需要记录转速n,强制力Z,还有两个桨模的推力T和扭矩Q。
然后等数据稳定之后,我们继续稍微增加螺旋桨的转速,等稳定后,再次采集以上数据。
即通过改变螺旋桨转速的方法,采集五个不同强制力下的Z,n,和左右桨的推力T和扭矩Q。
然后保存文件,采集一次,最多可以采集十组数据。
等五个速度的数据全部收集之后,我们就可以画出自航试验曲线。
图14自航试验曲线
然后在纵坐标中量取Z=FD,做平行于X轴的直线,和n—Z曲线相交,找出对应的转速n,然后在其他曲线上找出对应的T和Q。
把得到的数据带入计算表格中估算效率。
4、试验数据处理
根据前面计算的摩擦阻力修正值,对应相应的状态和速度,进行插值得出要求的转速N、推力T、扭矩Q按等推力法进行自航数据分析,计算中已扣除零扭矩Q0。
已有相应的excel计算表格,可以进行较快捷的数据处理。
要处理的数据如下所示。
摩擦力修正值计算见。
表3摩擦阻力修正值计算
Vs(km/h)
Vm(m/s)
Cfm(10e-3)
Cfs(10e-3)
Fd(kgf)
表4自航试验分析