一种适用于喷水推进船舶模型T型喷口的流量标定装置及标定方法与流程

本发明涉及一种适用于喷水推进船舶模型t型喷口的流量标定装置及标定方法，属于喷水推进船技术领域。

背景技术：

目前在喷水推进船舶的阻力模型试验中，针对进口附近流场对船舶阻力的影响主要有两种处理方法，一是在封闭喷水推进装置的进口和出口的条件下进行船模的阻力试验，由于喷水推进装置正常工作时会对进口附近的流场产生显著影响，而封闭进口的试验方法忽略了该影响，导致阻力试验的误差较大；方法二是在特定的航速和流量工况下，利用t型喷口，使水流横向喷出，使喷水推进装置作用于船体的推力为零，此时模拟了推进器工作时对进口附近流场的影响，提高了喷水推进船舶阻力模型试验的精度。但是t型喷口在实际应用中，在较短的距离中将纵向水流改变为横向，难以避免会出现包含纵向速度分量的情况，即推进器产生额外的推力或阻力，对喷水推进船舶阻力测试结果将产生显著影响。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决利用t型喷口进行喷水推进船舶的阻力模型试验时，如何测定纵向速度分量，提高喷水推进船舶阻力模型试验精度的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种适用于喷水推进船舶模型t型喷口的流量标定装置，包括水泵单元、固定底座、水泵单元底座、相对运动装置、力传感器和t型喷口；固定底座与船体固定连接；固定底座和水泵单元底座之间设有使水泵单元底座相对于固定底座水平直线运动的相对运动装置，水泵单元底座的运动方向与船体中轴线平行且与水平面平行；固定底座与水泵单元底座之间设有力传感器；水泵单元底座上设有水泵单元，水泵单元上设有t型喷口，t型喷口中设有流量计。

优选地，所述相对运动装置包括滑杆；平行于船体中轴线设有滑杆，滑杆通过固定底座与船体固定连接；滑杆上穿设有水泵单元底座。

优选地，所述滑杆数量大于等于1。

优选地，所述水泵单元底座上设有用于在滑杆上滑动的通孔。

优选地，所述水泵单元底座通过力传感器与固定底座活动连接。

优选地，所述水泵单元包括水泵电机、水泵叶轮、驱动轴和排水管道；水泵电机通过驱动轴与水泵叶轮连接，排水管道与t型喷口连接。

优选地，所述驱动轴垂直于水平面。

优选地，所述排水管道垂直于水平面。

优选地，所述t型喷口设有左右两侧喷水口，左右两侧喷水口中分别设有流量计。

本发明提供一种适用于喷水推进船舶模型t型喷口的流量标定装置的标定方法，包括以下步骤：

步骤1：定义随船坐标系，定义船舶的前进方向、船舶的右舷方向和船舶的竖直向上方向分别定义为随船坐标系的x轴、y轴和z轴的正向方向；测定水泵单元底座与滑杆之间的摩擦系数，测量安装于滑杆上全部装置的总质量，计算水泵单元底座与滑杆之间的摩擦力；

步骤2：启动水泵单元，监测流量计数据达到设定值；

步骤3：通过力传感器获得t型喷口喷射水流时力的数据；

步骤4：力传感器获得的数据减去步骤1中摩擦力的数据，即可获得t型喷口喷射水流时，流量标定下，整个装置在船体前进或后退方向上产生的力。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

在特定的航速和流量工况下，利用t型喷口，使水流横向喷出，喷水推进装置作用于船体的推力为零，此时模拟了推进器工作时对进口附近流场的影响，提高了喷水推进船舶阻力模型试验的精度。但是t型喷口在实际应用中，在较短的距离中将纵向水流改变为横向，难以避免出现包含纵向速度分量的情况，即推进器产生额外的推力或阻力，对喷水推进船舶阻力测试结果将产生显著影响。本发明针对这一问题，提供了一种t型喷口流量标定装置及相应的标定方法；通过本发明可以得到在给定流量条件下，t型喷口喷射水流含有纵向速度分量产生的推力或阻力，从而在相同流量工况下的阻力试验中扣除该力，提高阻力试验的精度，进而提高喷水推进船舶实船性能预报精度，具有重要的实用价值。

附图说明

图1是带有常规喷口的喷水推进装置安装示意图；

图2是带有t型喷口的喷水推进装置安装示意图；

图3是本发明的一种适用于喷水推进船舶模型l型喷口的流量标定装置及标定方法原理图；

附图标记：1.水泵电机；2.水泵叶轮；3.驱动轴；4.排水管道；5.滑杆一；6.滑杆二；7.水泵单元底座一；8.水泵单元底座二；9.固定底座；10.力传感器；11.t型喷口；12.流量计一；13.流量计二；船体14；15.常规喷口。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-3所示，本发明提供一种适用于喷水推进船舶模型t型喷口的流量标定装置，包括水泵单元、固定底座9、水泵单元底座、相对运动装置、力传感器10和t型喷口11；固定底座9与船体14固定连接；固定底座9和水泵单元底座之间设有使水泵单元底座相对于固定底座9水平直线运动的相对运动装置，水泵单元底座的运动方向与船体14中轴线平行且与水平面平行；固定底座9与水泵单元底座之间设有力传感器10；水泵单元底座上设有水泵单元，水泵单元上设有t型喷口11，t型喷口11中设有流量计。相对运动装置包括滑杆；平行于船体中轴线设有滑杆，滑杆通过固定底座9与船体14固定连接；滑杆上穿设有水泵单元底座。水泵单元底座设为水泵单元底座一7和水泵单元底座二8；滑杆设为滑杆一5和滑杆二6。水泵单元底座上设有用于在滑杆上滑动的通孔。水泵单元底座通过力传感器10与固定底座9活动连接。水泵单元包括水泵电机1、水泵叶轮2、驱动轴3和排水管道4；水泵电机1通过驱动轴3与水泵叶轮2连接，排水管道4与t型喷口11连接。驱动轴3垂直于水平面。排水管道4垂直于水平面。t型喷口11设有左右两侧喷水口，左右两侧喷水口中分别设有流量计，设为流量计一12和流量计二13。

本发明提供一种适用于喷水推进船舶模型t型喷口的流量标定装置的标定方法，包括以下步骤：

步骤1：定义随船坐标系，定义船舶的前进方向、船舶的右舷方向和船舶的竖直向上方向分别定义为随船坐标系的x轴、y轴和z轴的正向方向；测定水泵单元底座与滑杆之间的摩擦系数，测量安装于滑杆上全部装置的总质量，计算水泵单元底座与滑杆之间的摩擦力；

步骤2：启动水泵单元，监测流量计数据达到设定值；

步骤3：通过力传感器获得t型喷口喷射水流时力的数据；

步骤4：力传感器获得的数据减去步骤1中摩擦力的数据，即可获得t型喷口喷射水流时，流量标定下，整个装置在船体前进或后退方向上产生的力。

t型喷口11是用于喷水推进船模阻力试验的一种引流装置，连接在常规喷水推进装置后端常规喷口15上，改变方向后的水流喷射方向为两侧横向喷出，使得喷水推进装置作用于船体的推力为零，同时模拟了喷水推进装置工作时对进口附近流场的影响，提高阻力试验精度。在t型喷口11横向喷出的水流中一般包含部分纵向的成分，这部分流体的作用将使船体受到推力或阻力，最终对阻力测试结果产生干扰。为了解决该问题，本发明提供了一种适用于喷水推进船舶模型t型喷口的流量标定装置及标定方法。

如图1和图2分别是常规喷水推进装置和带有t型喷口11的示意图，定义随船坐标系，船舶前进方向、右舷方向、竖直向上分别定义为x、y、z的正向。本发明利用流量标定装置，在系柱工况下，测定给定流量条件下t型喷口的推力或阻力。在图2中，以t型喷口11为研究对象，在流量相同的情况下，水流沿x方向的分量相同，与船速以及喷泵叶轮的转速无关，即有航速工况t型喷口沿x方向水流的分量，可以通过零速工况同一流量条件进行标定。本发明利用流量标定装置，在零速工况下，测定给定流量条件的t型喷口的推力或阻力，用以修正船速不为零时水流x方向分量对阻力的影响。图3是本发明适用于喷水推进船舶模型t型喷口流量标定装置示意图，利用常规水泵提供流量，沿z正方向吸水，沿x负方向流出，由于t型喷口存在，改变x负方向的水流使其沿y正方向和y负方向喷出。整个装置沿x方向的力由力传感器测出，流量由安装于t型喷口的流量计测出，从而得到给定流量条件下沿x方向的推力或阻力。

实施例

本发明t型喷口流量标定装置，按图3所示，主要包括水泵电机1、水泵叶轮2、驱动轴3、排水管道4、滑杆一5、滑杆二6、水泵单元底座一7、水泵单元底座二8、固定底座9、力传感器10、t型喷口11、流量计一12、流量计二13部分。滑杆一5和滑杆二6对地保持固定，固定底座9与滑杆一5和滑杆二6固定连接，水泵电机1、水泵叶轮2、驱动轴3和排水管道4部件构成水泵单元，水泵单元固定连接于水泵单元底座一7和水泵单元底座二8，水泵单元底座一7和水泵单元底座二8可以沿x方向滑动，驱动轴3和排水管道4保持与水平面垂直，水泵单元底座一7、水泵单元底座二8与滑杆一5、滑杆二6之间尽可能保持较小的摩擦系数。水泵单元底座二8和固定底座9之间采用力传感器连接，由于水泵单元和水泵单元底座一7、水泵单元底座二8组成的系统在滑杆沿x方向上仅受到较小量级的摩擦力，所以应用力传感器10可以测出由t型喷射水流在x方向产生的力。流量计一12、流量计二13分别安装于t型喷口11沿y方向的喷射口上，用以测量t型喷口的流量。

本实施例为配备2台喷水推进装置的高速船，按照图1和图2所示，通过相同工况的对比试验，船模航速与叶轮转速保持相同，在带和不带t型喷口情况下，采用自航动力仪对驱动轴的转矩进行测试，测试结果相差1％以内，说明t型喷口仅改变喷口的水流方向，并充分模拟了喷水推进装置正常工作时对进口流场的流动情况，t型喷口的存在对喷水推进装置的定子和转子处流动以及进口处流动的影响可以忽略。

在图3所示的流量标定试验装置中，采用液下式水泵提供流量的流量范围为0.005-0.025m³/s，t型喷口直径为0.046m，水泵单元底座一7、水泵单元底座二8与滑杆之间的摩擦系数为0.03，安装于滑杆上的全部装置的总质量为25kg，相应摩擦力为7.4n，在给定流量条件下力传感器10的测量结果中应扣除该摩擦力。对于流量计一12、流量计二13测得的流量总和为0.02m³/s工况，由于t型喷口11存在x方向的喷射水流，使得整个装置产生x方向的力，通过力传感器10的测量，整个装置在x方向受到的推力为31.3n，减去摩擦力7.4n，为23.9n。即流量为0.02m3/s的力标定结果为23.9n，方向为x正方向。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

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