УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НЕСТАЦИОНАРНЫХ СИЛ, ВОЗНИКАЮЩИХ НА МОДЕЛИ ДВИЖИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ТИПА "ВИНТ-НАСАДКА"
DEVICE TO MEASURE CHARACTERISTICS OF UNSTEADY FORCES ORIGINATING AT DRIVE COMPLEX MODEL OF "SCREW-ADAPTER" TYPE

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса экспериментального определения характеристик нестационарных сил, возникающих на элементах судовых движителей, с целью улучшения виброакустических качеств движителей.
Известно устройство - винтовой динамометр, предназначенное для измерений в лабораторных условиях гидродинамических нагрузок на моделях движителей (А.С.Горшков, А.А.Русецкий, В.О.Борусевич. Кавитационные трубы, СПб, 2007, с.90-99) - прототип. В известном устройстве используются тензометрические методы измерений деформаций пружинного элемента динамометра. Они эффективны при определении стационарных составляющих упомянутых нагрузок и могут быть использованы для измерения нестационарных сил в низкочастотном диапазоне - на частотах ниже резонансной частоты динамометра. В зарезонансной области величины деформаций быстро убывают с ростом частоты, что сильно снижает точность измерений. Для гребных винтов с относительно небольшим числом лопастей и соответствующим частотным диапазоном нестационарных сил реализация конструкции динамометров этого типа не вызывает серьезных затруднений.
Однако, положение принципиально осложняется при попытках использовать те же методы измерений (тензометрические) при разработке конструкции динамометра, измеряющего характеристики нестационарных сил на многолопастных движительных комплексах, таких, например, как гребной винт в насадке с направляющим аппаратом. Диапазон частот основных энергонесущих гармоник нестационарных сил в этом случае смещен в сторону более высоких частот. Соответственно должны смещаться и собственные частоты тензометрического динамометра, а следовательно, увеличиваться жесткость упругих элементов динамометра. В результате снижается чувствительность измерительной системы и растет погрешность измерений по определению характеристик нестационарных сил, возникающих на элементах движителя.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения характеристик нестационарных сил, возникающих на элементах движителя, особенно в высокочастотной области.
Это достигается тем, что в устройстве для измерения характеристик нестационарных сил, возникающих на модели движительного комплекса типа «винт-насадка», включающем закрепленную на кормовой оконечности модели судна кольцевую насадку с размещенным в ней гребным винтом на валу, установленном на подшипниках в опорном узле и соединенном с расположенным кормовее движительного комплекса приводным валопроводом, и динамометрическое устройство, связанное с регистрирующей аппаратурой, по изобретению в качестве основных элементов динамометрического устройства использованы акселерометры, установленные на неподвижных деталях движительного комплекса. При этом устройство оснащено виброизолирующим сильфоном, расположенным между валом гребного винта и приводным валопроводом, а также амортизирующим узлом, размещенным между движительным комплексом и корпусом модели судна.
Использование акселерометров в качестве элементов динамометрического устройства, установленных на неподвижных деталях движителя, обеспечивает повышение точности измерений за счет перехода от измерения деформаций, быстро убывающих с ростом частоты, что сильно снижает точность измерений в зарезонансной области при использовании тензометрических методов измерений, к измерению ускорений, не подверженных этому эффекту. Это позволяет снизить резонансную частоту измерительного устройства, а тем самым - повысить чувствительность последнего в практически неограниченном сверху диапазоне частот.
Оснащение устройства виброизолирующим сильфоном, расположенным между валом гребного винта и приводным валопроводом, позволяет изолировать движительный комплекс от вибрационных нагрузок, передающихся по валопроводу от приводного двигателя.
Аналогичным образом амортизирующий узел, размещенный между движительным комплексом и корпусом модели судна, гасит вибрационные нагрузки, идущие к движительному комплексу со стороны модели судна.
В результате движительный комплекс оказывается под воздействием только гидродинамических сил, которые и являются предметом измерений.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено предлагаемое устройство для измерения характеристик нестационарных сил, возникающих на модели движительного комплекса типа «винт-насадка».
Устройство представляет собой модуль, состоящий из кольцевой насадки 1 с направляющим аппаратом 2 и размещенного в ней гребного винта 3 на валу 4, установленном на подшипниках в опорном узле 5. Насадка 1 и опорный узел 5 закреплены на корпусе модели кормовой оконечности судна 6 с помощью амортизирующего узла 7. Гребной винт 3 вращается приводным валом 8, соединенным со ступицей винта с помощью виброизолирующего сильфона 9. На опорном узле 5 и насадке 1 установлены акселерометры 10, 11 и 12.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Гребной винт 3 приводится во вращение валом 8 от приводного двигателя (на рисунке не показан). Благодаря низкочастотной амортизации, осуществляемой амортизирующим узлом 7 и сильфоном 9, движительный комплекс изолирован от вибрационных воздействий со стороны как приводного двигателя, так и модели корпуса судна 6, в диапазоне частот, в котором производятся измерения нестационарных сил. Поэтому расположенные на элементах движительного комплекса акселерометры 10, 11, 12 измеряют ускорения, порождаемые только гидродинамическими нестационарными силами, воздействующими на сам движительный комплекс.
Результаты измерения ускорений пересчитываются на нестационарные силы с помощью зависимостей, полученных в процессе предварительно проведенной калибровки измерительной системы.
Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность определения характеристик нестационарных сил, возникающих на элементах движителя, особенно в высокочастотной области, что его выгодно отличает от прототипа.