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船舶张宁,空化对电磁计程仪传感器的影响
DOI:10.19423/j.cnki.31-1561/u.2016.06.076
空化对电磁计程仪传感器的影响
张宁
(海军驻上海地区舰艇设计研究军代表室上海200011)
摘要以某型出口国外13米级高速艇为研究对象,具体分析一例电磁计程仪在高速情况下引起的失捕现象。首先介绍
电磁计程仪传感器的工作原理,对船体断阶处容易产生空泡及其危害进行理论分析,接着对传感器安装处进行压力分布仿
真分析。最后得出结论:在满足一定船速和水温的条件下,换能器突出船底产生气泡将导致电磁计程仪无法测速。
关键词』空化;电磁计程仪;高速艇;船舶流体力学
中图分类号]1U.666152[文献标志码]A[文章编号]1001-9855(2016)06-00765-05
Influence of cavitation on electromagnetic log sensor
ZHANG Ning
(Naval Representative Office of Warship Design Research, Shanghai 200011, China
Abstract: Taking example by a 13 m high-speed vessel exported abroad, this paper analyzes a case o
electromagnetic log signal missing under the high speed condition. It introduces the working principle of the
electromagnetic log sensor, and theoretically analyzes the cavitation at the ship stepped bottom and Its hindrance
Then it numerically simulates the pressure distribution of the installation site of the sensor. It finally concludes that
the cavitation will be caused by the transducer standing outside the hull bottom at a certain ship speed and water
temperature, thus leading the electromagnetic log unable to measure velocities
Keywords cavitation; electromagnetic log; high-speed vessel; ship flow mechanics
引言
1电磁计程仪传感器工作原理
某13米级高速艇目前在安装使用的计程仪为
传感器是电磁计程仪的一个敏感元件,将非电
电磁式计程仪。该艇在0~30kn(1kn=0.514m
量的船舶速度变换为与航速成正比的电信号。电磁
航速行驶时,测測速精度在允许误差范内;当艇速计程仪的传感器分为平面式和导杆式两种,工作原
高于30kn后,电磁计程仪测速误差开始偏大;当理完全相同,即根据法拉第电磁感应定律,将船舶
艇速达到50kn时,电磁计程仪测速却显示当前艇相对于水的运动速度转换为感应电动势,从而产生
速为1~2km。分析后认为,致使电磁计程仪产4:航速信号。「113米级高速艇采用的是平面式传感
上述测速偏差的原因是在高速工况下所产生.的空器,其结构原理如下页图1所示
化现象。下面对分析过程进行阐述。
倒“山”字形鉄芯的中间柱上绕有励依绕组,
收稿日期]2(01(6-14-22:[修回日期2016-05-13
作者简介张宁(1968-),明,硕士,高级工程师,研究方向:船设计审查。
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船舶电气与通信
第6期总第163期
接放大器
穴,经过一定距离后再与第二阶艇底接触。这使艇
励磁电压
底在断阶前后形成两个滑行面,每个滑行面的长度
较短,即有较大的展弦比,从而提高滑行面的效率。
此外,由于断阶可使浸湿表面积减小,因此可进
步降低滑行状态下的静水阻力。
但是由于船底板的突然阶梯穹折,使水流至断
阶处边界层分离,当艇速较高时会在断阶处形成漩
涡,如图2所示。
图1平面式传感器结构原理图
沿船舶横向安装在船底板开孔处。传感器的底部表
?213米级高速艇断阶示意图
而是环氧树脂及防腐涂层,在涂层表面上装有一对
漩渴中心的压力非常低,并口.随着航速的増
距离为L的不锈制成的电极a、b,用来检測感加,漩涡中心的压力会随之降低,当压力降低至水
应电动势,电极之间及周制用非导磁性绝缘材料填的汽化压力时,水中的空气微核开始迅速膨胀,形
封,防止移动。当励磁绕组通入交流电时,使产生成空泡,便产生空化现象。断阶除产生空化现象外,
交变磁场,磁力线从铁芯的中间柱出发,经过船乐由于空泡在低压区形成,随水流进入高压区以后,
海水介质和铁心两侧边柱形成回路(如图1中虚线在高压区溃灭。空泡在艇底高压区溃灭时会产生高
所示)
速微射流射向艇底板,对艇底板及接触式计程仪的
当船拍航行时、水流即以船難航速相反的平面传感器产4侵蚀现象。「31
方向流过船底,因海水是导电的,两电极之间的海
图3所示为 lomita和 Shima在.1990年用高速
水流动可以看成无数根沿船舶横向排列的导体作平摄像机拍摄的空泡在壁附近溃灭时的一组著名照
行移动,并切割传感器的磁力袋,于是在两个电枚片、展示了空泡演灭的整个过程。每张照片的拍摄
a、b之间便产生感应电动势Zg。g与船速で成回隔为2,照片的上部为固壁;空泡波灭时还
正比,只要測得g就可求出船速V
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2船体断阶处产生空泡的理论分析
13米数高速艇在高速滑行状态时,质量主要
依靠艇底水动力产生的升力来支持,这时高速艇吃
水与浸湿长度都显著减小,且浸湿面积的小与速
度的平方成反比。
为提高滑行效率,沿艇底的纵向有两处断阶
由于存在断阶,艇底的肋骨断面出现不连纮的阶梯
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形状,水流流经断阶时离开艇底,在断阶后形成空
图3空泡溃灭时的微射流的形成过程
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