CN107702886A - 一种基于piv测量的喷水推进船模进口获流测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，涉及特种推进船模水动力性能试验领域。喷水推进船模进口获流区速度分布准确测量可定量研究船体‑推进器系统的相互影响程度，粒子图像测速技术被广泛的应用于船舶绕流场测量当中。一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法对船模表面进行预处理以克服PIV测量过程中船体反光问题，采用固模试航仪控制船模自航试验过程中船舶姿态变化，解决由于船模运动引起的船体附近区域矢量失真问题，通过重复试验采集多组双帧图像以提高测量结果精度。本发明所公开的基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法可操作性和适用性强，在科研领域具备较好的前瞻性和推广价值。

Description

一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法
技术领域
本发明涉及基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，属于特种推进船舶模型试验领域。
背景技术
喷水推进器具有高速时效率高、抗空化和腐蚀性能好、占用安装空间小、设备保护性好的优点，因此喷水推进是一种高速船舶常采用的推进方式，近年来在多型高速军舰、高速渡轮等船型中得到广泛应用。
喷水推进船模自航试验是预报采用喷水推进方式船舶的航行性能预报的重要步骤，喷水推进船模的自航试验在国内外均属于难度较高的模型试验类型。安装尾板式喷水推进器需要在船模尾部底板开进口孔，喷水推进流道的存在改变了原始裸船体的绕流场，船体和喷水推进器产生相互影响，船体-推进器系统的整体性能因此产生改变。国际拖曳水池会议组织(ITTC)定义了进口获流区的位置和形状，该截面的速度分布可以定量确定推进器对船体的影响程度及喷水推进器流量的计算。
本发明是一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，PIV测量在流场测试领域属于最先进的实验技术之一，PIV测量结果能够得到进口获流区的整体速度分布和其他流动细节。该发明适用于喷水推进船模自航试验中关键位置处精细流场测量，试验方法具有创新性。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，能应用于高湍流度的进口获流区速度分布测量，丰富和拓展了喷水推进船模试验技术手段。其特点在于:该方法通过船模表面喷涂哑光漆的预处理解决激光光源在船体表面的反射问题，通过固模试航仪保证船模在PIV测试过程中航行姿态保持不变，避免了PIV后处理过程中船体表面附近区域矢量失真，该方法丰富了喷水推进船模获流区测量结果类型并提高流场测量精度。
本发明的目的是这样实现的：步骤如下：
第一步：应用粒子播撒装置在船模拖曳水池内撒播均匀分布的示踪粒子；
第二步：通过标定靶进行双帧图像测量坐标系标定；
第三步：对船模船尾水下部分表面进行喷涂黑色亚光漆处理；
第四步：通过船模阻力试验确定船模在相应航速下的升沉和纵倾值；
第五步：改变船模压载重量与分布对原正浮船模姿态进行调整；
第六步：连接调整姿态后船模与固模试航仪的前后连接杆装置；
第七步：通过锁扣锁定前后连接杆，保证两杆试验过程中上下行程为零；
第八步：通过PIV滑轨和升降机构调整测量截面位置至指定位置；
第九步：调节PIV激光束片光源张角以获取有效测量面积；
第十步：开动拖车带动船模向前加速行驶，速度达到指定速度后匀速行驶，在到达水池最大行程前减速；
第十一步：PIV系统在拖车行驶速度进入稳定段后进行多组双帧图像采集；
第十二步：重复第十步和第十一步，通过多次重复试验采集得到200-400对双帧图像；
第十三步：将所有有效的双帧图像导入到后处理软件中，经由后处理过程得到矢量结果；
第十四步：基于得到的矢量结果计算得到进口获流区速度分布结果，完成船模进口获流测试。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.喷涂黑色亚光漆处理具体是：船模尾部喷涂哑光漆的厚度小于0.5mm，光泽度在40-60度角之间。
2.PIV系统纵向测量范围为0.5L-1.1L，深度调节范围为0T-2T，激光束张角a要求满足30°<a<60°，其中L为船长，T为吃水深度，坐标原点在船艏、中纵剖面及水线的交点处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的目的是设计一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法。本发明中对船模表面喷涂哑光漆吸收激光反射能量，通过固模试航仪保持船模自航试验过程中船模姿态不产生变化，克服自由模型试验过程中船模姿态变化引起PIV后处理过程中的流场矢量失真问题，水下PIV系统的测量截面可调、激光束角度可调范围能满足不同类型、不同尺寸及不同试验状态下的进口获流区的测量要求，该测量结果能较为全面的反映整个平面内的流动信息，通过重复试验采集多批次原始图像，提高获流区流场测量精度。
附图说明
图1是本发明一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法实施流程图；
图2是固模试航仪连接喷水推进船模示意图；
图3是本发明一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法实施示意图；
图4是喷水推进船模进口获流区PIV测量有效区示意图；
图中所示符号说明：1船体模型，2喷水推进器模型，3固模试航仪，4前后连接杆，5水下PIV系统，6PIV相机，7激光片光源，8测量有效区，9上端锁扣，10下端锁扣，11测力天平，12拖车桁架。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法实施流程图，图2为固模试航仪连接喷水推进船模示意图，图3为本发明一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法实施示意图，图4为喷水推进船模进口获流区PIV测量有效区示意图。
(1)一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法具体实施步骤如下：
(2)应用粒子播撒装置在船模拖曳水池内撒播均匀分布的示踪粒子；
(3)通过标定靶进行双帧图像测量坐标系标定；
(4)对船模船尾水下部分表面进行喷涂黑色亚光漆处理；
(5)通过船模阻力试验确定船模在相应航速下的升沉和纵倾值；
(6)改变船模压载重量与分布对原正浮船模姿态进行调整；
(7)连接调整姿态后船模与固模试航仪的前后连接杆装置；
(8)通过锁扣锁定前后连接杆，保证两杆试验过程中上下行程为零；
(9)通过PIV滑轨和升降机构调整测量截面位置至指定位置；
(10)调节PIV激光束片光源张角以获取足够大的有效测量面积；
(11)开动拖车带动船模向前加速行驶，速度达到指定速度后匀速行驶，在到达水池最大行程前减速；
(12)PIV系统在拖车行驶速度进入稳定段后进行多组双帧图像采集；
(13)重复步骤(10)和(11)，通过多次重复试验采集足够多的双帧图像；
(14)将所有有效的双帧图像导入到后处理软件中，经由后处理过程得到矢量结果；基于矢量结果进一步计算得到进口获流区速度分布结果，至此完成一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法全部流程。
本发明的实验装置包括船体模型1，喷水推进器模型2，固模试航仪3，前后连接杆4，水下PIV系统5，PIV相机6，激光片光源7，测量有效区8，上端锁扣9，下端锁扣10，测力天平11，拖车桁架12；也即本发明由喷水推进船模、固模试航仪和水下PIV测量系统组成，测试在船模拖曳水池内完成。喷水推进船模尾部表面进行喷涂哑光漆处理。固模试航仪锁定升沉和纵倾两个方向自由度。水下PIV测量系统具备调节纵向测量位置、测量深度及激光束张角的能力。船模尾部喷涂哑光漆厚度小于0.5mm,光泽度应在40-60度角之间。固模试航仪保持航行状态下船模姿态不变，固模试航仪由前后连接杆、配对锁扣及测力天平组成。水下PIV测量系统纵向测量范围为0.5L-1.1L，深度调节范围为0T-2T，激光束张角a要求满足30°<a<60°，其中L为船长，T为吃水深度，坐标原点在船艏、中纵剖面及水线的交点处。
水下PIV试验流程如下：1.撒播示踪粒子，2.标定测量坐标系，3.水下相机拍摄双帧图像，4.处理双帧图像，5.计算机处理得到时间平均的进口获流速度分布结果。
固定模型试验方法可以消除由船模运动引起的PIV后处理矢量失真，水下PIV测量系统试验流程清晰，PIV测量可以获得进口获流区整个截面内丰富的流场信息。
综上，本发明公开了一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，涉及特种推进船模水动力性能试验领域。喷水推进船模进口获流区速度分布准确测量可定量研究船体-推进器系统的相互影响程度，粒子图像测速技术(PIV)被广泛的应用于船舶绕流场测量当中。一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法对船模表面进行预处理以克服PIV测量过程中船体反光问题，采用固模试航仪控制船模自航试验过程中船舶姿态变化，解决由于船模运动引起的船体附近区域矢量失真问题，通过重复试验采集多组双帧图像以提高测量结果精度。本发明所公开的基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法可操作性和适用性强，在科研领域具备较好的前瞻性和推广价值。

Claims (3)

1.一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，其特征在于：步骤如下：
第一步：应用粒子播撒装置在船模拖曳水池内撒播均匀分布的示踪粒子；
第二步：通过标定靶进行双帧图像测量坐标系标定；
第三步：对船模船尾水下部分表面进行喷涂黑色亚光漆处理；
第四步：通过船模阻力试验确定船模在相应航速下的升沉和纵倾值；
第五步：改变船模压载重量与分布对原正浮船模姿态进行调整；
第六步：连接调整姿态后船模与固模试航仪的前后连接杆装置；
第七步：通过锁扣锁定前后连接杆，保证两杆试验过程中上下行程为零；
第八步：通过PIV滑轨和升降机构调整测量截面位置至指定位置；
第九步：调节PIV激光束片光源张角以获取有效测量面积；
第十步：开动拖车带动船模向前加速行驶，速度达到指定速度后匀速行驶，在到达水池最大行程前减速；
第十一步：PIV系统在拖车行驶速度进入稳定段后进行多组双帧图像采集；
第十二步：重复第十步和第十一步，通过多次重复试验采集得到200-400对双帧图像；
第十三步：将所有有效的双帧图像导入到后处理软件中，经由后处理过程得到矢量结果；
第十四步：基于得到的矢量结果计算得到进口获流区速度分布结果，完成船模进口获流测试。
2.根据权利要求1所述的一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，其特征在于：喷涂黑色亚光漆处理具体是：船模尾部喷涂哑光漆的厚度小于0.5mm，光泽度在40-60度角之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于PIV测量的喷水推进船模进口获流测试方法，其特征在于：PIV系统纵向测量范围为0.5L-1.1L，深度调节范围为0T-2T，激光束张角a要求满足30°<a<60°，其中L为船长，T为吃水深度，坐标原点在船艏、中纵剖面及水线的交点处。
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