CN104816783A - 基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法。在双臂支架端面中心与船体接触曲面上设置便于安装并与船体基线垂直的延伸杆、同时在船体内预埋便于双臂支架固定的内外圆柱体，并采用轴孔制的公差配合，严格控制双臂支架两延伸杆的中心距来实现对支架安装位置的精确控制。本发明将三维定位化解为一维定位方式，可精确的把双臂支架固定于船模表面的三维曲面之上，且安装误差控制在0.1mm之内，便于多桨船双臂支架模型空泡优化性能试验研究的实施。

Description

基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法

技术领域

本发明涉及多桨船在模型试验中进行双臂支架空泡优化时的一种支架安装定位方法。

背景技术

现行高航速船舶一般采用多桨推进形式，由于吃水浅、航速高的特点，螺旋桨一般由双臂轴支架支撑。当多桨船在高速航行时，螺旋桨前方双臂支架在复杂的带攻角的非均匀入流条件及螺旋桨的强大抽吸双重作用下，双臂支架侧面常常存在较严重的片空泡，此片空泡对支架本身存在一定的空泡剥蚀和引起较强的振动的风险，同时空化后其尾流场降低了螺旋桨的综合性能。

进入二十一世纪，人们更加重视水面舰船隐身性能和快速反应能力，有效提高舰船无空泡航速，避免有害空泡，是提高水面舰作战能力的有效方式。为提升国产新一代舰船综合性能，为此在水面舰船设计方案时就要考虑舰船的空泡性能。但是由于目前理论设计以及流体计算还不够成熟，达不到工程实用精度。为减小实船双臂支架空泡剥蚀和振动的风险，采用试验的方法优化双臂支架臂的迎流角和剖面，是现阶段解决此类问题的行之有效的方法之一。利用全附体整船模型，对双臂支架进行精细的空泡优化试验，了解其空化性能。根据双臂支架空泡生产的位置与程度，在指定工况下，通过改变支架内外臂攻角及臂本身剖面形状，观察支架臂与螺旋桨表面空泡产生情况，通过试验获得可接受支架优化角度。

双臂支架空泡性能优化是一个系统工程，难度极大。以往双臂支架的安装，是用卡板进行三维定位，由于卡板制作的本身质量和定位操作人员技术原因，使得安装精度不高(毫米级)且不稳定，引起较大的试验误差，已不能满足科研的需要。必须设计一种快捷、易更换且能保证安装精度的试验方案。

发明内容

基于双臂支架攻角对空泡性能的敏感影响，为保证支架本身的加工精度及安装精度，本发明摒弃了以往分段加工、焊接拼装以及支架臂与船模镶嵌插入连接的方式，提供一种基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法，既满足双臂支架模型安装便捷,又能保障试验安装精度，便于多桨船双臂支架空泡性能优化的实施。

本发明的技术方案如下：

一种基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法，包括如下步骤：

(1)加工双臂支架；所述双臂支架包括轴套，所述轴套上连接有内支架臂和外支架臂，所述内支架臂和外支架臂的端面是与所安装位置船体表面线型一致的曲形弧面；在所述内支架臂和外支架臂的端面分别连接有延伸杆，所述延伸杆的中心与内支架臂和外支架臂的端面安装中心重合且垂直于基线；

(2)加工内圆柱体和外圆柱体；所述内圆柱体和外圆柱体的中心孔直径与所述延伸杆的直径公差配合，所述内圆柱体和外圆柱体的下表面是与所安装位置船体表面线型一致的曲形弧面；

(3)预埋内圆柱体和外圆柱体；将所述内圆柱体和外圆柱体预埋在船体安装双臂支架的位置，确保内圆柱体和外圆柱体的下表面与所安装位置船体表面线型重合；

(4)将所述双臂支架的延伸杆分别插入所述内圆柱体和外圆柱体的中心孔，并用螺母锁紧，实现双臂支架的精确定位。

其进一步的技术方案为：所述延伸杆的直径为12mm、长度大于60mm并含有20mm的M12螺纹段。

其进一步的技术方案为：所述内圆柱体和外圆柱体的外圆直径大于内支架臂和外支架臂端面弦长的80％，高度为船体厚度的1.5-2倍，中心孔直径为12mm。

本发明的有益技术效果是：

本发明提供了一种可拆卸式，简便易行的基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法。采用数控铣床对双臂支架整体加工、在双臂支架端面中心与船体接触三维曲面上设计便于安装并与船体基线垂直的延伸杆、同时在船体内植于便于支架固定的金属内圆柱体和外圆柱体，并采用轴孔制的公差配合，严格控制支架两延伸杆的中心距的方式来实现对支架安装位置的精确控制。把双臂支架的定位方式由空间三维变为垂直于基线的单向一维定位方式，可精确的把双臂支架固定于船模表面三维曲面之上，且安装误差控制在0.1mm之内，既方便安装又大幅度提高了安装精度，使得多桨船双臂支架模型空泡优化性能试验精度得到大大的提升，为双臂支架的空泡性能精细化优化及试验的实现提供了一个有效的最佳试验平台，为多桨船综合性能的提升创造了良好的试验研究条件。

本发明的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明定位结构侧视图。

图2是本发明定位结构主视图。

图3是双臂支架的结构图。

图4是图3的A向视图。

图5是圆柱体的结构图。

图6是图5的B向视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明双臂支架与船体的安装方式如图1和图2所示。由图1和图2可知，根据船模线型及支架相对位置确定的定位依据(图1中A、B、C、D、E、α、β尺寸，其中A、B和E表示轴套位置尺寸，C、D和α、β表示的是双臂支架的定位尺寸)，是很难控制的，但通过图1和图2的结构化解，就可以用相对简单的方式来完成。

如图3和图4所示，先将双臂支架I(铝质材料)整体加工好。首先根据双臂支架的型线，用UG软件建立双臂支架的三维结构。双臂支架I有以下特征：包括轴套1，轴套1上连接内支架臂2和外支架臂3，在内支架臂2和外支架臂3与船体交接面处垂直延伸直径为12mm的延伸杆4(与预埋在船体的圆柱体采用轴孔制的公差配合)，延伸杆4的长度必须大于60mm(含20mm长的M12螺纹段)，此延伸杆4的中心与内支架臂2和外支架臂3端面安装中心(图纸要求定位点)重合且垂直于基线，内支架臂2和外支架臂3端面(与延伸杆4相接的地方)为曲形弧面，与所安装位置船体表面线型一致。

同样按图5和图6将镶嵌于船体的内外圆柱体加工好。内圆柱体5和外圆柱体6的外圆直径必须大于内支架臂2和外支架臂3的端面弦长(图6中端面为梭形，梭形的上下顶点之间的距离即为弦长)的80％，高度为船模厚度的1.5-2倍，中心孔直径12mm，与延伸杆4公差配合，满足精度要求。

双臂支架I、内圆柱体5和外圆柱体6都需要用数控铣床加工。

如图1和图2所示，将内圆柱体5和外圆柱体6精确固定预埋在船体相对应的位置，由于内圆柱体5和外圆柱体6与船体的交接面是船体型值面，双臂支架I顶端也是船体型值面，因此将双臂支架I的延伸杆4轻插入内圆柱体5和外圆柱体6，通过延伸杆4与内外圆柱体公差配合，精确地保证了双臂支架定位的准确度。并用螺母8(包括弹簧垫圈7)锁紧，双臂支架I的优化更换过程就完成了。然后在双臂支架I的轴套1中安装桨轴9，在桨轴9上螺旋桨10。

本发明安装方法既方便又简单，安装精度达到0.1mm，比原来的靠卡板和技术人员的安装精度2mm左右，提高了几个档次。

此方法目前已在国内全附体船模上首次使用。双臂支架空泡优化试验对比照片表明，优化前在支臂上存在较严重的片空泡，优化后在同工况下支臂上未发现有空泡的产生。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)加工双臂支架；所述双臂支架包括轴套，所述轴套上连接有内支架臂和外支架臂，所述内支架臂和外支架臂的端面是与所安装位置船体表面线型一致的曲形弧面；在所述内支架臂和外支架臂的端面分别连接有延伸杆，所述延伸杆的中心与内支架臂和外支架臂的端面安装中心重合且垂直于基线；

(2)加工内圆柱体和外圆柱体；所述内圆柱体和外圆柱体的中心孔直径与所述延伸杆的直径公差配合，所述内圆柱体和外圆柱体的下表面是与所安装位置船体表面线型一致的曲形弧面；

(3)预埋内圆柱体和外圆柱体；将所述内圆柱体和外圆柱体预埋在船体安装双臂支架的位置，确保内圆柱体和外圆柱体的下表面与所安装位置船体表面线型重合；

(4)将所述双臂支架的延伸杆分别插入所述内圆柱体和外圆柱体的中心孔，并用螺母锁紧，实现双臂支架的精确定位。

2.根据权利要求1所述基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法，其特征在于：所述延伸杆的直径为12mm、长度大于60mm并含有20mm的M12螺纹段。

3.根据权利要求1所述基于多桨船双臂支架模型空泡优化技术的支架定位方法，其特征在于：所述内圆柱体和外圆柱体的外圆直径大于内支架臂和外支架臂端面弦长的80％，高度为船体厚度的1.5-2倍，中心孔直径为12mm。