伴流測量

伴流測量（wake measurement，wake survey）是一種測量船模後螺旋槳盤面處各點伴流速度的測試技術。其定義：利用畢託管或伴流儀測定船體槳盤面處伴流的大小、方向及其分布情況。

基本介紹

• 中文名：伴流測量
• 外文名：wake measurement
• 測量儀器：利用畢託管或伴流儀
• 拼音：ban liu ce liang
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶原理

簡介

伴流測量（wake measurement）是測量船模後螺旋槳盤面處各點伴流速度的測試技術。伴流不均勻性是產生不穩定空泡以及引起船尾螺旋槳剝蝕、噪聲和振動的重要原因。了解船尾伴流的分布特徵，有助於螺旋槳以及與之相匹配的船尾線型、附體形式等的設計與改進。在拖曳水池中測量伴流場，一般用安裝在拖車上的五孔皮托管測量船後螺旋槳盤面處各點的壓差，經過換算可求得三維(軸向、周向和徑向)伴流速度分量；如用三孔皮托管，能測得二維分量；用單孔皮托管只能測得軸向伴流。試驗時，在同一拖曳速度下船後螺旋槳盤面處若干同心圓上，沿一定角度間隔依次記錄試驗結果。在空泡試驗水筒或循環水槽中試驗時，可用雷射測速儀直接測量船後螺旋槳盤面處各點的伴流速度。該儀器也可用於拖曳水池之中。

船舶三向伴流測量方法與試驗研究

研究概述

船舶螺旋槳伴流對於提高船舶的快速、振動等性能有著直接的影響，隨著近年船舶向著高速化、靜音化方向發展，全面詳細地研究船尾伴流分布情況對於船舶設計具有重要的意義。船舶伴流試驗已是新船型設計過程中一項基本的試驗，用以設計螺旋槳，研究船舶振動噪聲。

該研究針對某一雙槳雙舵型船展開了伴流試驗測量研究，同時藉此試驗總結，探討伴流試驗中一些如，測量方法（Kv－Kh）偏差、畢託管探頭大小選擇、試驗注意事項等和伴流試驗測量的相關技術。試驗中採用六管五孔畢托耙作為試驗測量設備，給出了具體的Kv－Kh試驗測量方法，提出了改進的畢托耙設計組合方案，以提高效率減小出錯幾率；最後通過試驗測量，進行數據處理，得到了整個槳盤上軸向、徑向及切向的伴流分布情況，並展開分析與總結。通過該項伴流試驗研究，發現了一些和船舶伴流相關的現象，同時探討了Kv－Kh測量方法的方法偏差，給出了一些規律性結論。

畢託管測量原理與方法

本文採用ITTC伴流試驗規程中建議的Kv－Kh方法，利用5孔球形探頭畢託管進行伴流測量，見圖1。為描述其流體特性，引入右手坐標系統o－xyz，x 軸和中間壓力孔對應；c，p，s，b，t分別對應中、左、右、下、上5個壓力孔，其在水中運動時對應的壓力記作P；V 為來流速度；V_h為其水平的投影分量。

圖1

對於5孔畢託管，根據理想流體力學相關原理，各孔壓力之間有如下對應關係。

式中：α_h，α_v為各孔偏離中心線的角度，是定值；β_h，β_v為來流的角度；V_h，V_v來流在水平面xoy 和垂直面xoz 上的投影速度。這6個係數僅同來流的角度和速度相關，且水平向和垂向係數互不干擾，這6個係數即畢託管的標定係數曲線，利用其根據5個孔的壓力即可解算出三向伴流速度的大小。

由於流體粘性影響、探頭加工誤差，以上關係並不嚴格成立。對於每一根畢託管，需要進行標定性測量，以得到準確的各個係數與角度之間的標定係數曲線，最終用這些標定曲線進行伴流試驗測量。由式（1）、式（2）確定水平及垂直來流角度，而後由式（3）、式（4）確定水平向速度分量V_h，式（5）、式（6）確定垂向速度V_v，最終該畢託管在o－xyz坐標系下的三向流速為：

式中：軸向速度可以通過水平分量或垂直分量分別得到，其大小實際中並不完全一樣，這一問題屬於Kv－Kh的方法偏差。

對於螺旋槳的三向伴流係數，通常在柱坐標系下進行表示，軸向、徑向及切向伴流係數定義為

式中：V₀為船模拖曳速度；V_x，V_r，V_t為槳盤柱坐標系下的三向伴流速度；V_r和式（7）中的V_z對應，V_t和V_y對應，正負號需要根據具體柱坐標定義調整。