ICS 47.020.20 U 11 中华人民共和国国家标准 GB/T36580—2018 船舶螺旋浆空泡脉动压力模型试验方法 Test method of model propeller for cavitation observation and pressure fluctuation measurement 2019-04-01实施 2018-09-17发布 国家市场监督管理总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T36580—2018 前言 本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。 本标准由全国海洋船标准化技术委员会（SAC/TC12）提出并归口。 本标准起草单位：中国船舶重工集团公司第七○二研究所。 本标准主要起草人：黄红波、施小勇、薛庆雨、冯光 GB/T365802018 船舶螺旋桨空泡脉动压力模型试验方法 1范围 本标准规定了船舶螺旋桨空泡及其诱导的作用于船体表面脉动压力模型试验时，应遵循的相似参 数、伴流分布的模拟与测量、空泡观测和脉动压力测量的程序，以及对试验设施与测试仪表的要求 本标准适用于各类水面船舶螺旋浆在可变压力循环水槽或空泡水筒中的空泡脉动压力模型试验， 也可作为螺旋桨模型在减压拖电水池中进行空泡脉动压力试验时的参考。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 空泡 cavitation 在液体动力作用下，在液体内部或液体与固体界面上发生的一种相变现象。在船舶领域，通常指低 于饱和蒸汽压力条件下，在液体中相对运动的固体表面产生的一种汽化相变现象。 2.2 脉动压力 pressurefluctuation 螺旋桨在船后运转时，在螺旋桨上方船体表面诱导的非定常压力。 2.3 脉动压力系数 coefficient ofpressurefluctuation 以试验介质密度、螺旋桨转速及螺旋桨直径将脉动压力幅值无量纲化的值 2.4 面空泡裕度 facecavitationmargin 船舶在指定运行工况下螺旋浆负荷系数与产生面空泡时的负荷系数之差除以该指定运行工况下螺 旋桨负荷系数的百分数。 3 3符号 表1中的符号适用于本文件。 1 GB/T36580—2018 表 1 符号定义 符号 表述 单位 Co.R 螺旋浆0.7R处的叶剖面弦长 m D 螺旋桨直径 m J 进速系数：J= nD T Kr 推力系数：Kr pn"Di Q Ka 扭矩系数：KQ pnD P: KPi 脉动压力第i阶叶频谐调分量的系数：Kp， pn"D? SZA N 脉动压力信号数据采集圈数 n 螺旋桨转速 P. 大气压力 Pa P, 脉动压力第i阶叶频谐调分量的单幅值 Pa Po.oR 奖叶处于正上方位置（12点钟）时0.8R处的静压力 Pa Po.oR 浆叶处于正上方位置（12点钟）时0.9R处的静压力 Pa Pv 水的饱和蒸汽压力 Pa Q 螺旋桨扭矩 N.m R 螺旋桨半径 m Co.7R V*+(0.7元D) Rao.7R 0.7R处的试验雷诺数：Ra0.7k T 螺旋桨推力 N 水温 ℃ tw ta 气温 ℃ 来流水速 m/s 远前方来流参考水速 m/s Z 螺旋浆叶数 α/αs 水的相对空气含量 水的密度 kg/m V 水的运动黏性系数 m"/s Po.sR-P. 0.8R处的转速空泡数：0a0.8R= 0.5p（0.8元D） m(下标) 模型 s(下标) 实船 2 GB/T36580—2018 4试验设备、仪器 4.1可变压循环水槽（空泡水筒） 螺旋桨空泡脉动压力模型试验需在来流水速可控、压力可变，并具有立式循环流道的循环水槽或空 泡水筒中进行 4.2测试仪器 4.2.1动力仪 螺旋桨模型试验用动力仪的最大转速、推力量程、扭矩量程应满足试验要求。其中动力仪推力、扭 矩测量的精度需根据模型尺度合理选取，驱动螺旋浆旋转的电机的转速控制精度应不大于0.2%。 4.2.2空泡观测摄像机 用于空泡观测用的摄像机应可在频闪灯光下正常工作，且其水平线数不小于480线，记录画面不小 于25顿/s。 4.2.3压力传感器 用于脉动压力测量的压力传感器，其膜片直径不大于6.0mm，水中的频率响应不小于5.0kHz，量 程不大于200kPa，非线度不大于0.5%。 4.2.4直流放大器 放大器激励桥压精度不大于0.1%，具有低通滤波功能，频率响应不小于20kHz，放大倍数不小于 1 000。 4.2.5差压变送器 水速、压力测量用的差压变送器，量程不小于150kPa，不大于250kPa。精度不大于0.5%，分辨率 不大于0.2kPa。 4.2.6转速编码器 用于转速信号控制的光栅增量式转速编码器，线数不小于100线 4.2.7梳状毕托粑 用于伴流分布测量的梳状毕托粑，量程0.1m/s~6.0m/s，精度不大于1.0%，分辨率不大于 0.05 m/s。 4.2.8频闪灯控制系统 频闪灯控制系统具有内触发及外触发功能，并可实现对相位角的调节与控制，频闪灯闪烁频率范围 为0.5Hz~200Hz,功率不小于500W。 4.2.9空气含量仪 测量试验用水中的总空气含量，测量精度不大于3.0%。 3 GB/T36580—2018 4.2.10数据采集卡 脉动压力信号数据采集卡须具有外触发同步采样和内触发同步采样功能，分辨率不小于12bit，采 样频率不小于20kHz.通道数不少于脉动压力测量点数。 5模型试验相似参数 5.1几何相似 5.1.1全附体船模的几何相似 试验用船模和附体（设计水线以下部分，特殊要求可取结构水线以下部分）与实船几何相似，可按照 试验设备能力，选择合适的缩尺比。为防止波浪对试验结果的影响，船模上沿口与试验段顶部需有平板 抑浪，为消除平板的附面层的影响，船模沿口需在设计水线处加高50mm。螺旋桨、舵及其附体与船模 具有相同的缩尺比，桨与舵的安装位置与实船几何相似。船模船长加工误差不大于5.0mm，船模横剖 面尺寸与给定尺寸误差不大于0.5mm；螺旋浆模型加工精度要求加工直径与给定直径误差不大于 0.1mm，螺旋桨模型横剖面尺寸与给定尺寸坐标误差不大于0.05mm。 5.1.2假船尾船模或纯网格的几何相似 采用假船尾模拟伴流场进行空泡脉动压力测试时，在螺旋桨模型桨盘面前后一倍螺旋桨直径区域 内的几何尺寸和形状需保持与实船几何相似，叶梢与船尾表面的距离与实船几何相似，桨盘面与舵之间 的距离和实船几何相似。需在桨前方大于两倍螺旋桨直径的位置安装金属网格，通过改变网格疏密的 方法来模拟轴向伴流。 采用纯网格模拟伴流场进行空泡、脉动压力测试时，用平板模拟船底，叶梢与平板间隙和实桨叶梢 与船底间隙儿何相似。在桨前方大于两倍螺旋浆直径的位置安装金属网格，通过改变网格疏密的方法 来模拟轴向伴流。 5.1.3空泡脉动压力试验用螺旋桨模型安装误差 螺旋桨模型安装于船模时，桨盘面位置与给定位置尺寸误差不大于2.0mm，浆与舵之间距离安装 误差不大于2.0mm，螺旋桨梢隙比（t/D）安装误差不大于2.0%。 5.2 2螺旋桨负荷系数相等 螺旋桨模型和实桨应满足推力系数或扭矩系数相等。即KTm=KT.或KQm=KQ。 推力系数： T Kr= ......(1) pnDi 扭矩系数： Q ....(2) 5.3 空泡数相等 应满足螺旋桨桨叶位于浆轴线上方12点钟位置时，桨叶0.8R处的转速空泡数与实桨相等，即 0n0.8Rm=On0.8Rs，转速空泡数： Po.8R -Pv ..(3) 4 GB/T36580—2018 5.4雷诺数大于临界雷诺数 桨叶0.7R处的雷诺数Rn0.7R应大于临界雷诺数，临界雷诺数取5X105。 Co.7R VU" +(0. 7rnD)* Rn0.7R= V 5.5空气含量 空泡、脉动压力测试时，试验用水中的对空气含量不宜过低。不同实验设施需选择合适的空气含 量，在确保试验用水中有足够气核的同时，能清晰观测螺旋桨表面空泡形态。 6伴流场模拟 6.1全附体船模伴流场模拟 可以不进行目标伴流场的模拟和伴流分布的测量，但在船模安装时，应使船模上沿口紧贴试验段顶 部，并利用平板抑制波浪的产生；船模水线面及中纵部面与试验段中心线平行，最天偏差不大于船长的 0.1%。 6.2假舰加网格或纯网格伴流场模拟 采用假加网格或纯网格的方法模拟伴流场进行空泡、脉动压力试验时，需通过调节网格的疏密程 度进行目标伴流场的模拟，目标伴流场为拖电水池中测得的轴向标称伴流场。 6.3伴流场的测量 6.3.1毕托耙的安装 毕托粑固定在模型螺旋浆浆轴上，使其总压测量孔在浆盘面的位置上，位置偏差不大于2.0mm。 6.3.2轴向伴流场测量需具备的条件 桨盘面处伴流场测量时对试验用水质有一定的要求，需满足以下条件： a）除气，降低水筒中试验用水的相对空气含量，防止气泡堵塞毕托耙的测压孔或堆积测压管 路中; b) 确保水筒水质洁净，所含固体颗粒杂质较少，防止杂质堵塞毕托粑测压孔； 排除毕托粑测压管路中的气泡； d) 试验要选择合适的水速，水速太低雷诺数偏低，水速太高，毕托耙尾部会有局部振动，均影响 测试精度。 6.3.3轴向伴流场的测量及实施 轴向伴流场的测量： 轴向伴流场测量一般不少于五个半径，其中内半径应不大于0.4R，最外半径应不小于1.05R，且 0.8R以外应不少于两个测量半径 轴向伴流场的实施： a）实验前，毕托耙排气，检查测速、测压系统是否正常。根据试验要求，启动水速到达指定值，并 保持稳定。 b) 试验时，将毕托粑在正上方12点钟位置，作为模拟伴流场的零度基准，按照螺旋桨旋向依次测 5