一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统，属于极地船舶螺旋桨性能测试领域。该系统至少包括模型冰驱动装置、模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量装置、螺旋桨单叶片五分量测量装置、循环水槽；在循环水槽工作段，模型冰驱动装置和螺旋桨整体推力扭矩测量装置固定于安装架上；模型冰固定装置固定于模型冰驱动装置的下端；螺旋桨单叶片五分量测量装置固定于螺旋桨整体推力扭矩测量装置的轴端，螺旋桨单叶片五分量测量装置与模型冰固定装置相对；解决了现有的循环水槽不具备满足螺旋桨在冰桨流作用下整体推扭力及单叶片载荷测试要求的配套测量设备的问题；达到了实现冰水混合环境下螺旋桨模型水动力和桨叶载荷的测量的效果。

A Testing System for Propeller Performance under Ice-propeller Flow in Circulating Flume

The invention discloses a propeller performance testing system for ice flow in a circulating flume, belonging to the field of propeller performance testing for polar ships. The system includes at least model ice driving device, model ice fixing device, propeller integral thrust torque measuring device, propeller single blade five component measuring device and circulating flume; in the working section of circulating flume, model ice driving device and propeller integral thrust torque measuring device are fixed on the mounting frame; model ice fixing device is fixed on the bottom of model ice driving device; Five-component measuring device for single blade of a propeller is fixed at the shaft end of the propeller's overall thrust and torque measuring device, and the five-component measuring device for single blade of a propeller is opposite to the model ice-fixing device. It solves the problem that the existing circulating flume does not have the matching measuring equipment to meet the requirements of propeller's overall thrust and torsion and single blade load testing under the action of ice-propeller flow, and achieves ice-water mixing. The effect of measurement of hydrodynamic force and blade load of propeller model in environment.

【技术实现步骤摘要】
一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统
本专利技术实施例涉及极地船舶螺旋桨性能测试领域，特别涉及一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统。
技术介绍
极地船舶在冰区航行时，螺旋桨多工作于冰水混合介质尾流中，螺旋桨除了满足结构强度要求以保证运行安全外，还需要产生强大推力以克服船舶冰阻。破冰航行时螺旋桨多处于低进速重载负荷运行工况，冰块的扰动冲击作用和桨叶的空泡效应直接影响到螺旋桨的结构强度和水动力特性，因此冰区螺旋桨设计需要评估其在冰桨流相互作用下的综合性能。由于冰介质的特殊性和冰桨流运动作用的复杂性，现阶段尚未形成准确的冰区螺旋桨性能数值和理论预报方法，多采用模型试验手段测量螺旋桨的冰区运行工况的水动力及桨叶载荷变化特征，为冰区螺旋桨设计提供依据。为实现冰水混合的冰桨流相互作用环境、低进速重载负荷的冰区螺旋桨水动力和桨叶空泡状态的有效模拟，模型试验需要在具备压力可调功能的循环水槽内进行。但目前循环水槽内尚无配套装置实现冰与螺旋桨的作用环境模拟、不具备满足螺旋桨在冰桨流作用下整体推扭力及单叶片载荷测试要求的配套测量设备。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统。该技术方案如下：第一方面，提供了一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统，该系统包括模型冰驱动装置、模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量装置、螺旋桨单叶片五分量测量装置、高速摄像机、光源、碎屑过滤网、循环水槽；循环水槽内的上部设置有安装架；在循环水槽工作段，模型冰驱动装置和螺旋桨整体推力扭矩测量装置固定于安装架上；模型冰固定装置固定于模型冰驱动装置的下端，模型冰驱动装置用于控制模型冰固定装置在水平方向和垂直方向上移动；螺旋桨单叶片五分量测量装置固定于螺旋桨整体推力扭矩测量装置的轴端，螺旋桨单叶片五分量测量装置与模型冰固定装置相对；模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量装置的下端和螺旋桨单叶片五分量测量装置位于循环水槽内天花板的下方；碎屑过滤网位于循环水槽工作段的下游，且碎屑过滤网固定于循环水槽的槽体内壁；高速摄像机和光源安装于循环水槽工作段的槽体外部，光源透过循环水槽上的观察窗对冰桨流作用过程进行照明，高速摄像机透过循环水槽上的观察窗对冰桨流作用过程进行拍摄。可选的，模型冰驱动装置包括纵向移动装置、L型转接板、水平移动装置、支撑臂和固定架；固定架用于将模型冰驱动装置固定于安装架上；纵向移动装置包括第一电机、第一电机固定座、第一联轴器、第一滑板固定座、第一滑板移动板，第一滑板固定座的顶部固定有第一电机固定座，第一电机固定座上固定有第一电机，第一电机通过位于第一电机固定座下方的第一联轴器与第一滑板移动板轴系连接，第一滑板移动板固定在第一滑板固定座上，第一电机驱动第一联轴器带动第一滑板移动板沿着第一滑板固定座在垂直方向上移动；水平移动装置包括第二电机、下板、第二滑板移动板、第二滑板固定座、上板、双头螺柱，上板和下板的两端通过双头螺柱固定，第二电机和第二滑板固定座固定在下板上，第二滑板移动板固定在第二滑板固定座上，第二电机与第二滑板移动板的轴系通过平键连接传动，第二电机驱动第二滑板移动板沿着第二滑板固定座在水平方向上移动；纵向移动装置中的第一滑板固定座与固定架连接，水平移动装置通过支撑臂和L型转接板与纵向移动装置中的第一滑板移动板连接。可选的，模型冰固定装置包括托板、剑杆、模型冰、第一橡皮垫、第二橡皮垫、C型框、压紧板、导流罩壳；托板固定于模型冰驱动装置中的水平移动装置上；托板的两端分别固定有剑杆，剑杆的底端固定于压紧板上；压紧板的下方设置有C型框，C型框的上游方向安装有导流罩壳；C型框的内壁粘有第一橡皮垫，C型框的侧面粘有第二橡皮垫；模型冰部分内嵌在C型框内。可选的，螺旋桨整体推力扭矩测量装置包括动力仪安装架、第三电机、第三电机固定座、第二联轴器、动力仪、第一接插件、螺旋桨整体推力扭矩测量元件；动力仪安装架用于将螺旋桨整体推力扭矩测量装置固定于安装架上；动力仪固定连接在动力仪安装架的底部；螺旋桨整体推力扭矩测量元件设置于动力仪内部，螺旋桨整体推力扭矩测量元件采用四柱梁测量扭矩、采用剪切梁与薄筋板测量推力；第三电机固定座固定于动力仪安装架上方，第三电机固定于第三电机固定座上；第三电机通过位于第三电机固定座下方的第二联轴器与动力仪轴系连接；第一接插件安装在动力仪的法兰端面上，动力仪的内部信号线与第一接插件的触点焊接固定。可选的，螺旋桨单叶片五分量测量装置包括毂帽、空心桨毂、桨叶、五分量传感器、密封盖、第一密封圈、第二密封圈、第二接插件；毂帽与空心桨毂螺纹固定；五分量传感器的一端固定在空心桨毂的径向凹槽内，五分量传感器的另一端与一个桨叶固定，其余桨叶与空心桨毂固定；密封盖与空心桨毂固定，密封盖的一端设置有穿线孔，密封盖的另一端设置有圆形凹槽；五分量传感器的信号线穿出密封盖上的穿线孔后与第二接插件的触点焊接固定；密封盖的圆形凹槽内填充有密封材料；密封盖与空心桨毂的结合面设置有第一密封圈，空心桨毂的端面设置有第二密封圈。可选的，五分量传感器的横截面为八边形单柱梁结构。可选的，螺旋桨整体推力扭矩测量装置中设置在法兰端面上的第一接插件与螺旋桨单叶片五分量测量装置中的第二接插件接插连接。可选的，碎屑过滤网为夹层架构，碎屑过滤网包括多层筛栅式金属网和过滤棉布，每两层筛栅式金属网之间设置一层过滤棉布，筛栅式金属网之间通过钢丝绑扎固定。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：该循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统包括模型冰驱动装置、模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量系统、螺旋桨单叶片五分量测量装置、高速摄像机、光源、碎屑过滤网和循环水槽，在循环水槽内的工作段通过安装架安装模型冰驱动装置和螺旋桨整体推力扭矩测量装置，模型冰驱动装置与模型冰固定装置连接，螺旋桨整体推力扭矩测量装置与螺旋桨单叶片五分量测量装置连接，模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量装置的下端和螺旋桨单叶片五分量测量装置位于循环水槽内天花板的下方，模型冰驱动装置控制模型冰在垂直方向和水平方向移动，螺旋桨整体推力扭矩测量装置控制螺旋桨模型对模型冰进行切削，并测量螺旋桨的整体推力和扭矩，利用螺旋桨单叶片五分量测量装置实现单叶桨的五分量推力扭矩测量；同时在循环水槽工作段的下游安装碎屑过滤网，实现试验过程中模型冰切削碎屑的拦截回收，在循环水槽工作段的外侧设置高速摄像机和光源，透过槽体透明观察窗对冰桨流作用过程的模型冰和桨叶形态进行拍摄；解决了现有的循环水槽不具备满足螺旋桨在冰桨流作用下整体推扭力及单叶片载荷测试要求的配套测量设备的问题；有效的模拟冰桨流作用环境，为冰区螺旋桨的综合性能测试提供模型试验条件，实现了冰水混合环境下冰桨流作用过程观测、螺旋桨模型水动力和桨叶载荷的测量。此外，还可以对循环水槽内模型冰切削碎屑进行拦截，有助于循环水槽内的环境清洁。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据一示例性实施例示出的一种循环水槽冰桨流作用螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统，其特征在于，所述系统包括模型冰驱动装置、模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量装置、螺旋桨单叶片五分量测量装置、高速摄像机、光源、碎屑过滤网、循环水槽；循环水槽内的上部设置有安装架；在循环水槽工作段，所述模型冰驱动装置和所述螺旋桨整体推力扭矩测量装置固定于所述安装架上；所述模型冰固定装置固定于所述模型冰驱动装置的下端，所述模型冰驱动装置用于控制所述模型冰固定装置在水平方向和垂直方向上移动；所述螺旋桨单叶片五分量测量装置固定于所述螺旋桨整体推力扭矩测量装置的轴端，所述螺旋桨单叶片五分量测量装置与所述模型冰固定装置相对；所述模型冰固定装置、所述螺旋桨整体推力扭矩测量装置的下端和所述螺旋桨单叶片五分量测量装置位于循环水槽内天花板的下方；所述碎屑过滤网位于循环水槽工作段的下游，且所述碎屑过滤网固定于循环水槽的槽体内壁；所述高速摄像机和所述光源安装于循环水槽工作段的槽体外部，所述光源透过所述循环水槽上的观察窗对冰桨流作用过程进行照明，所述高速摄像机透过所述循环水槽上的观察窗对冰桨流作用过程进行拍摄。

【技术特征摘要】
1.一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统，其特征在于，所述系统包括模型冰驱动装置、模型冰固定装置、螺旋桨整体推力扭矩测量装置、螺旋桨单叶片五分量测量装置、高速摄像机、光源、碎屑过滤网、循环水槽；循环水槽内的上部设置有安装架；在循环水槽工作段，所述模型冰驱动装置和所述螺旋桨整体推力扭矩测量装置固定于所述安装架上；所述模型冰固定装置固定于所述模型冰驱动装置的下端，所述模型冰驱动装置用于控制所述模型冰固定装置在水平方向和垂直方向上移动；所述螺旋桨单叶片五分量测量装置固定于所述螺旋桨整体推力扭矩测量装置的轴端，所述螺旋桨单叶片五分量测量装置与所述模型冰固定装置相对；所述模型冰固定装置、所述螺旋桨整体推力扭矩测量装置的下端和所述螺旋桨单叶片五分量测量装置位于循环水槽内天花板的下方；所述碎屑过滤网位于循环水槽工作段的下游，且所述碎屑过滤网固定于循环水槽的槽体内壁；所述高速摄像机和所述光源安装于循环水槽工作段的槽体外部，所述光源透过所述循环水槽上的观察窗对冰桨流作用过程进行照明，所述高速摄像机透过所述循环水槽上的观察窗对冰桨流作用过程进行拍摄。2.根据权利要求1所述的循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统，其特征在于，所述模型冰驱动装置包括纵向移动装置、L型转接板、水平移动装置、支撑臂和固定架；所述固定架用于将所述模型冰驱动装置固定于所述安装架上；纵向移动装置包括第一电机、第一电机固定座、第一联轴器、第一滑板固定座、第一滑板移动板，第一滑板固定座的顶部固定有第一电机固定座，第一电机固定座上固定有第一电机，第一电机通过位于第一电机固定座下方的第一联轴器与第一滑板移动板轴系连接，第一滑板移动板固定在第一滑板固定座上，第一电机驱动第一联轴器带动第一滑板移动板沿着第一滑板固定座在垂直方向上移动；水平移动装置包括第二电机、下板、第二滑板移动板、第二滑板固定座、上板、双头螺柱，所述上板和下板的两端通过双头螺柱固定，第二电机和第二滑板固定座固定在所述下板上，第二滑板移动板固定在第二滑板固定座上，所述第二电机与所述第二滑板移动板的轴系通过平键连接传动，第二电机驱动第二滑板移动板沿着第二滑板固定座在水平方向上移动；纵向移动装置中的第一滑板固定座与固定架连接，水平移动装置通过支撑臂和L型转接板与纵向移动装置中的第一滑板移动板连接。3.根据权利要求1所述的循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统，其特征在于，模型冰固定装置包括托板、剑杆、模型冰、第一橡皮垫、第二橡皮垫、C型框、压紧板、导流罩壳；所述托板固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：武珅，芮伟，陆林章，薛庆雨，张国平，曾志波，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32