[发明专利]一种轮缘推进器模型试验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及船舶推进器性能试验技术领域，具体涉及一种轮缘推进器模型试验装置及方法。

背景技术

轮缘推进器是近年来提出并发展起来的一种全新推进方式，相比于传统螺旋桨推进，轮缘推进器突破了常规思维模式，设计时将电机和推进器集中为一体，使得结构更加紧凑，减少了推进系统占用空间，提高了船舶经济性。同时，轮缘推进器取消了传统螺旋桨推进轴系，减少了舰船航行时的振动和噪声，提高了舰船隐身性能，具有很高的军事应用价值。

轮缘推进器模型试验是指利用物理模型的方法，确定轮缘推进器模型水动力性能的一种手段。通过试验，不仅可以测出轮缘推进器模型的工作效率，也可以根据测试结果，完成对推进器模型的结构优化。它可以促进轮缘推进器的理论研究进一步的发展，使推进器的结构得到进一步的优化，改进推进器的水动力性能。

目前，国内学者开展了轮缘推进器设计、水动力性能计算、集成电机设计等方面的研究工作，主要依赖CFD软件进行相关计算，但在水动力性能试验方面的研究较少，CFD计算结果得不到试验的验证，且试验过程中缺乏对推进器在各种工况下的模拟，导致轮缘推进器模型的水动力性能无法得到准确的评估。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种轮缘推进器模型试验方法及装置，能够精确的带动推进器模型产生横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡和垂荡运动，并结合六分力天平，开展轮缘推进器模型的水动力性能试验，测量出推进器模型在不同试验状态时的推进性能，全面地评估轮缘推进器模型的水动力性能。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种轮缘推进器模型性能试验方法，包括以下步骤：

(1)将轮缘推进器模型安装于试验装置上，给轮缘推进器模型通电，驱动试验装置带动推进器模型在拖曳水池内运动；

(2)采集轮缘推进器模型轴线方向推力T、轮缘推进器模型未通电时受到的阻力R_轮以及轮缘推进器模型产生的扭矩Q；

(3)计算表征轮缘推进器模型性能的推进器推力系数K_T、扭矩系数K_Q及推进器效率η；其中，

式中，ρ为流体密度，n为轮缘推进器模型的轴承转速，D为轮缘推进器模型的桨叶直径，V_A为进速，π为圆周率，F_x为轮缘推进器模型在x方向的推力，为偏转角。

进一步地，所述运动包括横摇，纵摇，首摇，横荡，纵荡和垂荡运动及其与拖车直线运动的各种组合运动。

实现所述方法的轮缘推进器模型性能试验装置，所述装置包括安装平台、固定平台、六个电动缸、运动平台、六分力天平和轮缘推进器模型；

固定平台吊装于安装平台上，固定平台依次连于运动平台的下表面，且位于运动平台的下表面中心，六分力天平下端与轮缘推进器模型上部的剑刚性连接；拖车带动整个测试装置沿直线方向运动，同时六电动缸通过伸缩运动使得运动平台及推进器模型产生不同方向的位移和旋转。

轮缘推进器模型包括本体、外圈、端盖、螺栓、轴盖、内圈、定子线圈、密封圈、推力轴承、永磁体转子以及浆叶；

本体内安装有内圈和外圈，定子线圈安装在外圈内侧，定子线圈的导线通过上方固连的剑布置到拖车上方；永磁体转子安装在内圈外侧；推力轴承布置在外圈与内圈之间，用于保证内圈和外圈之间的的相对转动；定子线圈、永磁体转子两端均布置有密封圈；端盖和轴盖分别用于固定内圈和外圈；试验前在内圈处加装螺旋桨叶片。

进一步地，所述安装平台包括上连接件和下连接件；上连接件为矩形平板，搭在拖车横梁上方，矩形板两侧开有定位孔与下连接件通过螺栓连接；下连接件为开口朝上的U形架，该U形架的两侧壁开有定位孔与拖车横梁通过螺栓连接；下连接件的上表面两侧开有定位孔，与上连接件通过螺栓连接，完成对拖车的固定。

本发明的有益技术效果体现在：

结合拖曳水池，利用拖车带动轮缘推进器模型完成拖曳试验，并在试验过程中采集相关水动力参数，即推进器推力系数K_T、扭矩系数K_Q及推进器效率η，以这些参数作为评估轮缘推进器模型的水动力性能。通过六自由度平台模拟了推进器模型在不同工况下的工作情况，使得出的推进器效率更为全面；同时考虑了在推进器模型空转情况下的形状阻力，并以容易测量的电机功率反向推导出电机工作时不易测量的扭矩，使计算公式中的数据更加精准，提高了计算精度。

附图说明