[发明专利]一种船舶推进器转子水中转动惯量试验测定方法及应用

说明书

本发明涉及一种船舶推进器转子水中转动惯量试验测定方法。本发明的另一个技术方案是提供了一种船舶推进器转子水中转动惯量试验测定方法的应用，其特征在于，添加导管或流道模型后，上述的船舶推进器转子水中转动惯量试验测定方法用于评估导管或流道壁面对于桨和叶轮水中转动惯量的影响程度。本发明提出了一种转子水中转动惯量的模型试验测量方法。本发明提供的方法借助目前转子敞水试验常用的拖曳水池等试验设施，在转子敞水试验结果的基础上，通过较为简单的试验流程以及数据处理方法得到转子在水中的转动惯量。

技术领域

本发明涉及一种船舶推进器转子水中转动惯量试验测定方法，属于船舶及海洋工程领域。

背景技术

船舶推进器转子是指螺旋桨、喷水推进器的叶轮、泵喷的叶轮等。在船舶设计行业，常常需要对连接转子的长轴系进行扭转振动校核，以确保转子轴扭转振动模态的固有频率不和主机转速等特征频率太过接近，从而避免发生轴系共振，避免振动引起的舒适度降低以及可能的结构疲劳破坏。而对于轴系进行扭转振动校核需要的一个重要参数就是转子在水中的轴向转动惯量。转子的轴向转动惯量是指把转子视为刚体时，其绕着中心轴线转动的惯性，其定义见公式(1)：

I_s＝m·r²          (1)

式(1)中，m为转子的质量，r为质心到轴线的距离，I_s为轴向转动惯量。

转子在水中的转动惯量和在空气中的转动惯量并不相同，主要表现在由于流体的密度不同导致的流体附加质量效应上。由于水的密度约为空气密度的1000倍，转子在水中转动需要带动相比于空气中更大质量的流体，这一部分跟随转子一起转动的流体表现为流体的附加转动惯量的形式。因此，从宏观的角度来看，转子在水中具有远大于空气中的转动惯量。而在空气中，由于空气密度太小导致流体的附加转动惯量太小，因此常常忽略不计，直接用真空中的转动惯量替代。转子在水中的转动惯量I可用公式(2)表示。

I＝I_s+I_f＝(m+m_f)·r²       (2)

式(2)中，I_s＝m·r²为转子在真空中的转动惯量，I_f＝m_f·r²为转子在水中做轴向转动时的流体附加转动惯量，并且和转动的角速度和角加速度无关，m_f为流体的附加质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：当前，在船舶推进器转子设计领域，对于转子水中轴向转动附加转动惯量的计算多通过经验公式，计算结果可能存在较大误差，因此在轴系设计中会留有较大的设计余量，造成冗余设计。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种船舶推进器转子水中转动惯量试验测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计目标转子的缩比模型，定义为转子模型；

通过测量得到多个时刻t的伺服电机轴提供给转子模型的扭矩Q₀(t)；对转子模型的角速度ω(t)采样结果对时间求导得到多个时刻t的转子模型的角加速度α(t)；通过转子模型的敞水试验结果换算得到多个时刻t的旋桨模型受到水的扭矩Q_f(t)；

基于关系式：Q₀(t)-Q_f(t)＝(I_s+I_f)α(t)，计算得到转子模型在水中的转动惯量I_模，I_模＝I_s+I_f；

基于转子模型在水中的转动惯量I_模换算得到目标转子在水中的实际转动惯量I_实。