一种喷水推进船舶推进器流量测量系统及测量方法

摘要

本发明公开了一种喷水推进船舶推进器流量测量系统及测量方法，包括：由数据采集系统以及数据分析系统构成；在推进器导叶体喷口收缩段各设置四个均布小孔，其上布置微型压力传感器，采集0截面处与n截面处的压力，利用微型压力传感器将压力信号转变为电信号，并通过二次仪表将信号转化后将其输入数据处理设备，由计算机按照伯努利方程和连续性方程编制的数据处理程序并结合修正系数进行相关计算，其中的修正系数由模型与实型的系泊工况试验标定所得。最终由计算机将结果输出，可以得到喷水推进船舶推进器流量数据。该系统实现了喷水推进器实船流量的实时测量，具有结构精巧、测量精度高的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶推进装置的技术领域，尤其涉及一种喷水推进船舶推进器流量测量系统的技术领域。

背景技术

实船喷水推进器流量的准确测量是优化喷水推进水动力结构、高精度预报舰船航行特性、提高喷水推进技术水平的基础，是装置从经验化设计走向精确设计的必由之路。长期以来，受喷水推进器结构复杂、流体测量技术等因素的制约，实船喷水推进器流量的准确测量是一项难题。近十年，随着喷水推进在民用与军事领域应用价值的日益显现，流体测量技术的快速发展，国外主要喷水推进公司突破了本技术，出于商业保密等原因，相关研究未见诸报道，而国内至今仍处于空白状态。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种喷水推进船舶推进器流量测量系统，能够解决了喷水推进器实船流量测量的问题，为喷水推进舰船实船推力预报技术提供验证手段，填补国内喷水推进器实船测试技术的空白。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种喷水推进船舶推进器流量测量系统，其中，包括：

数据采集系统，所述数据采集系统采集包括若干微型压力传感器，所述微型压力传感器为八个，四所述微型压力传感器设置于实船的推进器导叶体的O截面，另四所述微型压力传感器设置于所述实船的推进器导叶体的n截面；

数据分析系统，所述数据分析系统包括数据处理设备和数据输出设备；每一所述微型压力传感器通过一线缆连接二次仪器，所述二次仪器连接所述数据处理设备，所述数据处理设备连接所述数据输出设备。

进一步，在一种较佳实施例中，所述O截面上设四第一测压孔，四所述第一测压孔分别位于所述O截面的上侧、下侧、左侧和右侧；所述n截面上设四第二测压孔，四所述第二测压孔分别位于所述n截面的上侧、下侧、左侧和右侧；每一所述第一测压孔内设一所述微型压力传感器，每一所述第二测压孔内设一所述微型压力传感器。

一种喷水推进船舶推进器流量测量的方法，其中，包括上述的一种喷水推进船舶推进器流量测量系统，所述方法：

步骤一：测量所述缩比模型的O截面和n截面的截面面积和推进器的推力，并由此得出所述缩比模型的O截面和n截面不同的压差数值下的模型修正系数

推力T_m，p_m0-p_mn为O截面和n截面不同的压差数值，A_m0为缩比模型的O截面的截面面积，A_mn为缩比模型的n截面的截面面积；

步骤二：在系泊工况下，对所述缩比模型进行所有流量工况的测量，对实型推进器进行非空泡工况下流量的测量，并根据两者之间的数值进一步得出从模型到实型转换中的换算系数γ；

步骤三：由所述模型修正系数β_m、所述缩比模型的0截面的压强、所述缩比模型的n截面的压强、所述实型推进器的0截面的压强、所述实型推进器的n截面的压强和所述换算系数γ得出可用于所述实船测量的修正系数

γ为换算系数；β_m为模型修正系数；p_m0和p_mn分别是β_m取某一数值时，对应的模型试验中0截面处和n截面处的压力测量值；p_p0和p_pn是在实型推进器的测量中所测工况下测得的0截面处和n截面处的压力测量值

A_pn和A_p0为实型推进器的0截面的截面面积和p截面的截面面积；

步骤四：将若干所述微型压力传感器装入所述实船的推进器导叶体的四所述第一测压孔和四所述第二测压孔中，启动所述数据采集分析系统；

步骤五：启动实船上的推进器，利用所述数据采集分析系统采集实船上的推进器的0截面处与n截面处的压强，利用若干所述微型压力传感器将压强信号传输入所述数据处理设备；

步骤六：由数据处理设备按照数据处理程序进行程序计算；由所述实船上的推进器的0截面处的截面积A₀和压强p₀、所述实船上的推进器的n截面处的截面积A_n和压强p_n和修正系数β得出流量

；并将位于同一侧的第一测压孔和第二测压孔的两微型压力传感器的压强测得，并且计算流量q₁，q₂，q₃和q₄；在由此做平均处理的得到：

步骤七：所述数据处理设备将均值传送给数据输出设备，所述数据输出设备输出计算结果。

用以上技术方案，能够达到如下有益效果：

1、本发明为装备了喷水推进装置的实船上，通过在推进器导叶体喷口收缩段钻孔布置微型压力传感器，可以测量不同位置测压点之间的压力差，经换算得到喷水推进器的实际流量。

附图说明

图1是发明的一种喷水推进船舶推进器流量测量系统的示意图。

附图中：1、微型压力传感器；2、推进器导叶体；21、O截面；22、n截面；31、数据处理设备；32、数据输出设备；4、线缆；5、二次仪器；6实船。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是发明的一种喷水推进船舶推进器流量测量系统的示意图。

请参见图1所示，在一种较佳的实施例中，一种喷水推进船舶推进器流量测量系统，其中，包括：

数据采集系统，数据采集系统采集包括若干微型压力传感器1，若干微型压力传感器1具体为八个，其中四微型压力传感器1设置于实船6(实际运行的船舶)的推进器导叶体2的O截面21，另四微型压力传感器1设置于实船6的推进器导叶体2的n截面22。

数据分析系统，数据分析系统包括数据处理设备31和数据输出设备32；每一微型压力传感器1通过一线缆4连接二次仪器5，二次仪器5连接数据处理设备31，数据处理设备31连接数据输出设备32。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。进一步，在一种较佳实施例中，其特征在于，O截面21上设四第一测压孔211，四第一测压孔211分别位于O截面21的上侧、下侧、左侧和右侧；n截面22上设四第二测压孔221，四第二测压孔221分别位于n截面的上侧、下侧、左侧和右侧；每一第一测压孔211内设一微型压力传感器1，每一第二测压孔221内设一所述微型压力传感器1。

除上述实施例外，本发明的一种喷水推进船舶推进器流量测量系统还具有如下的测量方法：

步骤一：测量缩比模型的O截面(图中未示出)和n截面(图中未示出)的截面面积和推进器的推力，并由此得出缩比模型的O截面和n截面不同的压差数值下的模型修正系数β_m

步骤二：在系泊工况下，对缩比模型进行所有流量工况的测量，对实型推进器进行非空泡工况下流量的测量，并根据两者之间的数值进一步得出从模型到实型转换中的换算系数γ；

步骤三：由模型修正系数β_m、缩比模型的0截面的压强、缩比模型的n截面的压强、实型推进器的0截面的压强、实型推进器的n截面22的压强和换算系数γ得出可用于实船6测量的修正系数β：

γ为换算系数；β_m为模型修正系数；p_m0和p_mn分别是β_m取某一数值时，对应的模型试验中0截面处和n截面处的压力测量值；p_p0和p_pn是在实型推进器的测量中所测工况下测得的0截面处和n截面处的压力测量值；A_pn和A_p0为实型推进器的0截面的截面面积和p截面的截面面积。

步骤四：将若干微型压力传感器1装入实船6的推进器导叶体2的四第一测压孔211和四第二测压孔221中，启动数据采集系统；

步骤五：启动实船6上的推进器，利用数据采集分析系统采集实船6上的推进器的0截面21处与n截面22处的压强，利用若干微型压力传感器1将压强信号传输入数据处理设备31；

步骤六：由数据处理设备31按照数据处理程序进行程序计算；由实船6上的推进器的0截面处的截面积A₀和压强p₀、实船6上的推进器的n截面处的截面积A_n和压强p_n和修正系数β得出流量q；

并将位于同一侧的第一测压孔211和第二测压孔221的两微型压力传感器的压强测得，并且计算流量q₁，q₂，q₃和q₄；在由此做平均处理的得到：

步骤七：数据处理设备31将均值传送给数据输出设备32，数据输出设备32输出计算结果。

本发明的测量原理具体如下：

利用设置于实船6的推进器的微型压力传感器1测出0截面处与n截面处两个不同面积截面处的压强差，利用伯努利能量方程和连续性方程求出流量。

设所取断面0处和n处平均速度、平均压强和断面面积分别为v₀、p₀、A₀和v_n、p_n、A_n，流体密度为ρ，由伯努利方程可得，

由连续性方程可得，

A₀v₀＝A_nv_n＝q

设两个微型压力传感器1所处的高度位置相同，则z₀＝z_n，取α₀＝α_n＝1，由连续性方程得代入上式的伯努利方程，由此可得计算流量q的公式(1)：

其中，β为修正系数，可由模型与实型的系泊工况试验测得；ρ为水的密度。

修正系数β的确定方法为：

1首先确定缩比模型的修正系数β_m

以下标m表示模型，0和n分别表示0截面处和n截面处。在模型系泊试验中，进行喷水推进器缩比模型推力试验，由系泊状态下喷水推进器的推力公式：

可得，

则，

通过对模型系泊推力T_m的直接测量，便可以标定出在不同的压差数值下的修正系数β_m。

2其次根据欧拉相似准则确定实型推进器的修正系数β。

以下标p表示实型，由欧拉相似准则可得，

整理可得，

根据流量计算公式可得模型与实型的流量分别为

综合以上三式得，

整理上式，并考虑到模型到实型转换中的实际偏差，加入换算系数γ得，

其中，γ是模型到实型转换中的换算系数，p_m0和p_mn分别是β_m取某一数值时，对应的模型试验中0截面处和n截面处的压力测量值，p_p0和p_pn是在实型推进器的测量中所测工况下测得的0截面处和n截面处的压力测量值。

在系泊工况下，对缩比推进器模型进行所有流量工况的测量，对实型推进器只进行非空泡工况下流量的测量，并根据两者之间的数值进一步标定出从模型到实型转换中的换算系数γ，进而得到可用于实船6测量的修正系数β。

最后，为了消除测量误差，测出位于上侧的第一测压孔221和第二测压孔222的两微型压力传感器1测出压力值，并根据公式(1)得出q1；测出位于下侧的第一测压孔221和第二测压孔222的两微型压力传感器1测出压力值，并根据公式(1)得出q2；测出位于左侧的第一测压孔221和第二测压孔222的两微型压力传感器1测出压力值，并根据公式(1)得出q3；测出位于右侧的第一测压孔221和第二测压孔222的两微型压力传感器1测出压力值，并根据公式(1)得出q4；并计算得到的喷水推进器流量的均值：

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。