1.课题来源与背景 课题计划名称：工信部高技术船舶科研项目；来源单位：上海船舶运输科学研究所、中船工业集团公司第七〇八研究所；项目名称：基于大尺度模型试验的节能技术评估验证、自航试验研究项目。 实海域模型试验作为一种综合考虑尺度效应影响和复杂海洋环境影响的手段，在ITTC的倡导下逐渐被世界各国所采用，尤其是在军事领域。开展实海域模型测试技术研究，有利于对节能装置进行评价与评估，以便正确评价能效技术效果，引导市场应用更多更有效的创新节能技术，实现船舶更高阶段节能减排目标。 随着船舶高速性、隐身性和机动灵活性能要求的不断提高，追求一种推进效率更高、辐射噪声更低、临界航速更高以及机动性更强的推进器已经成为当下推进器设计中亟待解决的问题。喷水推进器作为一种在高航速工况下具有更高的推进效率、更好的抗空泡能力及更低的噪声的推进器方式，目前已经被广泛应用于众多船型之中。我国在喷水推进技术领域与国外发达国家相比尚存在较大的差距，已经严重的制约了喷水推进装置在船舶海洋装备领域的发展和应用。亟需建立相应的性能预报方法以及试验验证体系，为喷水推进装置的设计提供相应的数据支撑和技术支持。 在此大背景下，针对上述问题开展不同尺度下带有船舶推进节能装置与喷水推进器的船舶水动力特性数值与试验研究，为绿色航运、资源开发、维护海洋权益和保障国防安全提供重要技术支撑。 2.技术原理及性能指标 通过物理水池试验开展（多尺度）船舶节能装置与喷水推进船舶的阻力、敞水、自航和精细流场测量，评估船舶节能装置的工作效能、探究其节能机理，建立喷水推进船舶动量通量自航试验方法，获取的水动力及流场信息为实海域试验设计与跨尺度仿真预报提供支撑；通过设计实海域船模阻力、自航试验方案，研发断轴式自航试验装置，完成安装节能装置前后的船模实海域测试，获取船模节能装置的节能收益，与跨尺度数值仿真预报相互支撑、协同验证；通过建立实尺度船舶计算策略，进行跨尺度节能装置、喷水推进船舶的快速性仿真预报，总结分析尺度效应对流场及自航因子的影响规律，建立针对节能装置及喷水推进船舶的外推方法。总体上通过物理水池试验、实海域船模试验、跨尺度数值仿真预报等三方面内容的合理设计与协同推进，综合构建了船舶推进节能装置及喷水推进器水动力特性跨尺度预报分析系统，实现预定研究目标。技术性能指标如下： 1）基于粘流数值仿真求解得到的喷水推进船模阻力、自航特性与试验结果吻合良好，阻力误差控制在3%以内，喷水推进船舶的航速、流量数值预报结果和试验结果的差值为2%-5%。 2）基于PIV测得的无船体时标准流场的无量纲化轴向速度u/U值分布在（0.995，1.02）这个区间内，PIV速度分布测量精度达到98%以上。 3）提出的预旋定子和舵球等船舶节能装置的水动力性能外推换算方法比传统ITTC1978和ITTC1999的预报准确度均提高2%以上。 4）自主研发断轴式自航仪量程的测量范围：推力±10000N、扭矩±50 Nom；其在实验室环境中的静态测量误差控制在2%以内。 5）在要求环境下（风浪等级均小于2级，波高低于0.2 m、风速低于3.4 m/s）开展的实海域船舶模型的静水阻力测试中，系统误差引起的船模总阻力系数的相对不确定度小于5%。 3.技术的创造性与先进性 1）建立了基于先进测量技术的船舶推进节能装置及喷水推进器的流场特性测试方法，为船舶推进节能装置及喷水推进器等性能预报、优化设计和机理研究提供了重要的数据支撑和评判依据。 2）建立了高精度四泵喷水推进船舶快速性跨尺度预报方法，提高了喷水推进船舶快速性预报精度，可服务于实型多泵推进系统的性能预报、结构优化设计与评估。 3）建立了船舶模型实海域自航试验时的轴向和周向应变同步测试技术，填补了国内关于实海域螺旋桨性能测量高精度仪器的空缺，对比国际上的同等测试手段居于领先地位。 4）建立了船舶模型实海域航行性能测试分析技术体系，增加了我国在船舶性能预报上的新手段，完善了试验设备、试验方法上的不足，提高我国在船舶排放的国际问题上的话语权。 4.技术的成熟程度，适用范围和安全性 近年来，项目所建立的喷水推进器进口获流SPIV技术、复杂实海域环境下的测试分析技术等研究成果已推广至国内多家船海工程企业、设计单位和科研院所，成功应用于船舶工业、海军装备和海洋开发等领域，帮助相关部门在生产、设计及研究能力方面获得了较大的提升，并带来了可观的经济效益和社会效益。 5.应用情况及存在的问题 技术推广应用至多家船海装备制造企业、设计单位和科研院所，缩减了研发周期与成本，有力提升了产品竞标能力，具备广阔的应用前景和长远的增值潜力。 在实海域的船舶流场测试方面研究深度不够，需要进一步开展深入研究。

哈尔滨工程大学

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