[发明专利]一种水下旋转螺旋桨-轴系统水弹性性能试验装置

说明书

本发明属于船舶水弹性力学或流固耦合力学试验相关技术领域，其公开了一种水下旋转螺旋桨‑轴系统水弹性性能试验装置，装置包括：敞水箱内设有电机、扭矩推力转速测试系统以及电磁激励器；转轴的一端设于敞水箱内，电机设于转轴的端部，扭矩推力转速测试系统和电磁激励器设于转轴中；螺旋桨设于转轴的另一端，螺旋桨的桨叶以及转轴上设有加速度传感器，加速度传感器通过转轴端部的导电滑环输出至数据处理计算机；敞水箱、转轴以及螺旋桨设于拖车上。本申请避免传统螺旋桨尺度的限制，设计更加符合实际螺旋桨运行状态的试验装置，进而可以通过安装传感器和激振器配合实现螺旋桨‑轴系统水弹性性能的精确测试。

技术领域

本发明属于船舶水弹性力学或流固耦合力学试验相关技术领域，更具体地，涉及一种水下旋转螺旋桨-轴系统水弹性性能试验装置。

背景技术

螺旋桨-轴系统是船舶动力推进装置的核心组成部件。螺旋桨由于叶片及转轴弹性在船尾非均匀伴流场中振动时产生流体-弹性桨-轴复杂双向流固耦合现象。随着大侧斜螺旋桨和复合材料螺旋桨的广泛使用，流体-弹性桨-轴复杂系统双向流固耦合作用更加显著，如图1所示。弹性桨-轴系统振动不仅会损坏船舶上各种精密设备，亦会使船上人员产生晕船等不适症状，不利于船舶的安全运行。此外，弹性桨-轴系振动是船舶水下低频辐射噪声产生的重要来源。对流体-弹性桨-轴复杂系统双向流固耦合/水弹性现象的研究于桨诱导的推进系统振动及船体水下辐射噪声问题意义重大。

现有技术中，获取均匀来流下船舶螺旋桨定常受力特性及非均匀来流下刚体螺旋桨动态特性(如动应变等)，通过设置对应传感器即可实现。但对于非均匀来流下考虑流体和桨叶固体(涉及桨叶及转轴弹性)相互作用导致的动态力学特性测试很难实现。仅有的对于螺旋将-轴系统水弹性问题相关研究均在空泡水筒实验环境下开展。由于空泡水筒尺寸限制，测试用螺旋桨尺寸受到很大约束，一方面增加了试验的尺度效应，另一方面，测试使用的加速度传感器尺寸及重量会给螺旋桨振动特性和水动力特性造成较大干扰，一定程度上增加了试验台的信噪比，不利于螺旋桨-轴系统水弹性规律的研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下旋转螺旋桨-轴系统水弹性性能试验装置，避免传统螺旋桨尺度的限制，设计更加符合实际螺旋桨运行状态的试验装置，进而可以通过安装传感器和激振器配合实现螺旋桨-轴系统水弹性性能的精确测试。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水下旋转螺旋桨-轴系统水弹性性能试验装置，所述装置包括：敞水箱，所述敞水箱内设有电机、扭矩推力转速测试系统以及电磁激励器；转轴，所述转轴的一端穿过所述敞水箱壁面设于所述敞水箱内，所述电机设于所述转轴的端部，所述扭矩推力转速测试系统和电磁激励器设于所述转轴中，所述电磁激励器与功率放大器以及信号发生器通信连接；螺旋桨，所述螺旋桨设于所述转轴的另一端，所述螺旋桨的桨叶以及转轴上设有加速度传感器，所述加速度传感器通过所述转轴端部的导电滑环输出至数据处理计算机；拖车与水池中的导轨配合运动，所述敞水箱设于所述拖车上。

优选地，所述导电滑环包括紧挨设置的定子和转子，所述转子通过电缆与所述加速度传感器连接，所述定子通过电缆与数据采集仪连接，进而与数据处理计算机连接。

优选地，布置于所述桨叶上的加速度传感器为多个，所述多个加速度传感器均匀布置于所述螺旋桨的桨叶上。

优选地，所述加速度传感器的布置在桨叶上的位置距所述螺旋桨轴心的距离为0.6～0.9r，其中，r为桨叶的半径。

优选地，所述螺旋桨与所述敞水箱之间的距离大于所述螺旋桨直径的3倍。

优选地，所述敞水箱上固定有轴套管，所述转轴穿过所述轴套管。

优选地，所述螺旋桨端部设有整流帽。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种水下旋转螺旋桨-轴系统水弹性性能试验装置具有如下有益效果：