一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法与流程

本发明针对喷水推进高速水面船舶，提出一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法。

背景技术：

1、针对采用喷水推进的高速水面船舶，在设计阶段，一般通过缩比模型的拖曳水池自航试验来预报实船航速。动量通量法是喷水推进高速水面船舶自航试验换算中主要的方法，其基本原理是通过求取喷水推进装置流动控制体前端和后端的动量差，从而获得作用在船体上的推力。流动控制体后端的动量一般通过测量喷口的流量来获取，而前端的动量是基于获流区的动量系数，所以动量系数是喷水推进高速水面船舶自航试验中最重要的参数之一。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：在基于动量通量法的喷水推进船舶自航试验中，可以通过粒子成像测速(piv)、激光多普勒测速(ldv)等物理方法以及计算流体动力学(cfd)方法得到获流区的流场分布情况，从而得到获流区动量系数，前提是必须开展自航试验，通过调节喷水推进装置的转速找到相应航速的实船自航点(喷水推进装置的转速或流量)，以此作为获流区流场物理测量或数值模拟的工况，进而获得获流区动量系数，但采用此种方法，使得整个试验过程周期过长，试验精度偏低。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1、确定模型尺度下，动量系数cm1与流量q的关系式；

4、步骤2、将步骤1获得的关系式用于实船尺度，得到公式(1)；

5、步骤3、确定实尺度下喷水推进系统的流量q计算公式，得到公式(2)，公式(2)中包含动量系数cm1；

6、步骤4、基于公式(1)以及公式(2)求解得到动量系数cm1与流量q。

7、优选地，步骤1中，所确定的动量系数cm1与流量q的关系式为

8、

9、式中：q是给定航速下模型自航点的流量；

10、q0为边界层流量，其中，v0是未被干扰的来流速度，wi是进口宽度，δ是模型尺度的边界层厚度，n为正整数。

11、优选地，所述给定航速下模型自航点的流量q由自航试验测出。

12、优选地，步骤2中，将步骤1获得的关系式完整套用于实船尺度。

13、优选地，步骤2中，将步骤1获得的关系式完整套用于实船尺度时，相关参数重新定义如下：

14、q是给定航速下实尺度的流量；

15、q0为实船边界层流量，v0是未被干扰的来流速度，wi是进口宽度，δ是实尺度的边界层厚度，n为正整数。

16、优选地，步骤3中，公式(2)表示为：

17、

18、式中：流动控制体动量的改变；q为实尺度流量；ρ为水密度；as为第6站喷口面积，第6站位置为喷口的末端位置；θs为船舶航行纵倾角；u0为实船来流速度。

19、优选地，步骤4中，基于公式(1)以及公式(2)通过反复迭代求解得到动量系数cm1与流量q。

20、优选地，步骤4中，反复迭代时，先设定初始实船流量q，随后基于公式(1)以及公式(2)进行反复迭代。

21、优选地，反复迭代时：将所设定的初始实船流量q代入公式(1)算出动量系数cm1后，再运用公式(2)，求解出满足公式(2)的实船流量q，再将计算得到的实船流量q带入公式(1)得到更新后的动量系数cm1，如此反复迭代。

22、优选地，步骤4中，设置收敛条件，反复迭代至满足收敛条件获得动量系数cm1与流量q。

23、由于获流区流场与船体边界层紧密相关，所以在给定航速以及喷泵流量的条件下，本发明将动量系数表达成与边界层相关的参数。在本发明所公开的技术方案中，给定航速下的边界层参数通过物理测量或数值模拟方法得到，对于提高喷水推进高速水面船舶试验预报精度，缩短试验周期，具有重要的实用价值。

技术特征：

1.一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤1中，所确定的动量系数cm1与流量q的关系式为

3.如权利要求2所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，所述给定航速下模型自航点的流量q由自航试验测出。

4.如权利要求2所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤2中，将步骤1获得的关系式完整套用于实船尺度。

5.如权利要求4所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤2中，将步骤1获得的关系式完整套用于实船尺度时，相关参数重新定义如下：

6.如权利要求1所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤3中，公式(2)表示为：

7.如权利要求1所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤4中，基于公式(1)以及公式(2)通过反复迭代求解得到动量系数cm1与流量q。

8.如权利要求7所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤4中，反复迭代时，先设定初始实船流量q，随后基于公式(1)以及公式(2)进行反复迭代。

9.如权利要求8所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，反复迭代时：将所设定的初始实船流量q代入公式(1)算出动量系数cm1后，再运用公式(2)，求解出满足公式(2)的实船流量q，再将计算得到的实船流量q带入公式(1)得到更新后的动量系数cm1，如此反复迭代。

10.如权利要求9所述的一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，步骤4中，设置收敛条件，反复迭代至满足收敛条件获得动量系数cm1与流量q。

技术总结
本发明的技术方案是提供了一种喷水推进装置获流区动量系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：确定模型尺度下，动量系数c<subgt;m1</subgt;与流量Q的关系式，得到公式(1)；确定实尺度下喷水推进系统的流量Q计算公式，得到公式(2)；基于公式(1)以及公式(2)求解得到动量系数c<subgt;m1</subgt;与流量Q。由于获流区流场与船体边界层紧密相关，所以在给定航速以及喷泵流量的条件下，本发明将动量系数表达成与边界层相关的参数。在本发明所公开的技术方案中，给定航速下的边界层参数通过物理测量或数值模拟方法得到，对于提高喷水推进高速水面船舶试验预报精度，缩短试验周期，具有重要的实用价值。

技术研发人员：孙群,吴琼,吴永顺,夏召丹,沈兴荣,周晓葵,韦红刚
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七0八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15