船舶推进8-9章

1、第八章第八章 螺旋桨图谱设计螺旋桨图谱设计 8.1 8.1 设计问题和设计方法设计问题和设计方法 一、螺旋桨的初步设计问题一、螺旋桨的初步设计问题 1、已知船速、已知船速 V，有效马力，有效马力 PE，根据选定的直径，根据选定的直径 D，确定最佳转速，确定最佳转速 n， 效率效率 0，螺距比，螺距比 P/D和主机马力和主机马力 PS； 2、已知船速、已知船速 V，有效马力，有效马力 PE，根据选定的转速，根据选定的转速 n，确定最佳直径，确定最佳直径 D ， 效率效率 0，螺距比，螺距比 P/D和主机马力和主机马力 PS。 二、螺旋桨的终结设计问题二、螺旋桨的终结设计问题 已知主机马力已知主机

2、马力 PS，转速，转速 n和有效马力和有效马力 PE，确定最大船速，确定最大船速 V ，直径，直径 D， 螺距比螺距比 P/D及效率及效率 0 ； 图谱设计法图谱设计法 环流理论设计法环流理论设计法 8.2 B-8.2 B- 型螺旋桨型螺旋桨设计图谱及其应用设计图谱及其应用 一、一、AU型螺旋桨设计图谱及其应用型螺旋桨设计图谱及其应用 1、 B-B- 型设计型设计图谱的建立图谱的建立 针对终结设计问题导出不包含直径针对终结设计问题导出不包含直径 D D 的系数的系数 由由 n P DnKQ D Q 2 75 52 nJ V D A n P nJ V nK DA Q 2 75 )( 52 定义收

3、到马力系数（功率系数）为定义收到马力系数（功率系数）为 5 . 2 2 1 5 75 2 A D Q P V nP J K B 各量单位取为：各量单位取为：PD (hp)，VA (m/s)，n (rps) 如取为：如取为：VA (kn)，N (rpm)，=104.51 kgfs2/m4 则有则有 5 . 2 5 . 0 30.33 J K B Q P 同时定义直径系数同时定义直径系数 JV ND A 86.30 由敞水曲线绘制图谱方法由敞水曲线绘制图谱方法 1）在同一叶数和盘面比的敞水曲线上，在同一叶数和盘面比的敞水曲线上， 取一定取一定 P/D 值，读取其值，读取其 JKQ，0； 2）由）由

4、 BP 及及 的定义，算出的定义，算出 和和； 3）在纵坐标为）在纵坐标为P/D ，横坐标为，横坐标为 的图的图 上，作上，作P/D 的水平线，并在其上标明与的水平线，并在其上标明与 值对应的值对应的 0 和和 值；值； 4）对不同的）对不同的P/D 作上述处理，将作上述处理，将 0 和和 值相同的点连成曲线，得值相同的点连成曲线，得 0 和和 值的等值的等 值线；值线； 5）将各）将各 时效率最高点连成光时效率最高点连成光 顺曲线，即为最佳效率线。顺曲线，即为最佳效率线。 P B P B P B constBP 2、 AUAU（MAUMAU）型螺旋桨形式型螺旋桨形式 AUAU该系列原型，为部

5、分五叶桨和六叶桨该系列原型，为部分五叶桨和六叶桨 MAUMAU减小部分切面的前缘高度，适当降低面空泡的裕度，增大叶背的减小部分切面的前缘高度，适当降低面空泡的裕度，增大叶背的 抗空泡性能。抗空泡性能。 AUAUW W尾缘有一定翘度，六叶桨尾缘有一定翘度，六叶桨 MAU为等螺距螺旋桨为等螺距螺旋桨 3、图谱的应用图谱的应用 设计时应先设计时应先 确定确定 1) 1) 螺旋桨的螺旋桨的 初步设计问题初步设计问题 （a)a)已知船速已知船速 V，PE，选定，选定 D， 确定最佳转速确定最佳转速 N， 0，P/D，PS 选定桨型，选定桨型， 叶数，盘面比，叶数，盘面比， 假设一组转速假设一组转速N，

6、列表计算列表计算 SR tw, （b)b)已知船速已知船速 V，PE，选定，选定 N ， 确定最佳转速确定最佳转速 D， 0，P/D，PS 同样选定桨同样选定桨 型，叶数，盘面型，叶数，盘面 比，假设一组转比，假设一组转 速速N，列表计算，列表计算 根据计算结果作根据计算结果作 NPS，PTE， P/D，0 曲线图。曲线图。PTE与与PE 交点交点 即为设计桨的各项参数即为设计桨的各项参数 根据计算结果作根据计算结果作 DPS，PTE， P/D，0 曲线图。曲线图。PTE与与PE 交点交点 即为设计桨的各项参数即为设计桨的各项参数 2) 2) 螺旋桨的终螺旋桨的终 结设计问题结设计问题 已知已

7、知 PE， PS，转速转速 N，确确 定船速定船速 V， 0， P/D，D， 选定桨型，选定桨型， 叶数，盘面比，叶数，盘面比， 假设一组船速假设一组船速V， 列表计算列表计算 根据计算结果作根据计算结果作 VPE，PTE， D，P/D，0 曲线图。曲线图。PTE与与PE 交点即为设计桨的各项参数交点即为设计桨的各项参数 二、二、B型螺旋桨设计图谱的新形式型螺旋桨设计图谱的新形式 1969年重新整理发表。年重新整理发表。 1、B型桨图谱与型桨图谱与AU图谱的差别：图谱的差别： AU型：型：1）参数均为公制单位；）参数均为公制单位； 2）图谱已换算至海水情况；）图谱已换算至海水情况； 3）图谱查

8、出的最佳直径就是船后的最佳直径。）图谱查出的最佳直径就是船后的最佳直径。 B型：型：1）参数均采用英制单位；）参数均采用英制单位； PD（UKhp），），VA（kn），），N（rpm），），D（ft） 55 . 2 2 1 08.33 J K V NP B Q A D P JV ND A 33.101 2）图谱未换算至海水情况，设计海船时，需用）图谱未换算至海水情况，设计海船时，需用 3）图谱最佳直径用于船后时需减小）图谱最佳直径用于船后时需减小 24， （1969年前），年前），1969年以后，直接应用年以后，直接应用 5 . 2 2 1 A D P V NP B 2、B型系列桨的新图谱型系

9、列桨的新图谱 1972年，荷兰船模水池根据以前的资料，应用多元回归的方法，绘制了一套新图年，荷兰船模水池根据以前的资料，应用多元回归的方法，绘制了一套新图 谱，包括（谱，包括（1）KT，KQJ 图谱；（图谱；（2）BP11/J 图谱；（图谱；（3）BP21/J 图谱。图谱。 BP1 和和 BP2 的定义为：的定义为： 5 . 2 2 1 1 A D P V NP B 5 . 1 2 1 2 A D P DV P B 4 1 5 3 4 5 4 1 A Q V Qn JK 2 32 4 1 32 4 3 4 1 A D A Q VD P VD Qn JK PD(kgm/s)，VA(m/s)，n(

10、rps)，Q(kgf-m） 3、B型系列桨型式型系列桨型式 根部切面为机翼型，稍部切面为弓形，后倾角为根部切面为机翼型，稍部切面为弓形，后倾角为15o，四叶桨，四叶桨0.6R1.0R为等螺距，为等螺距， 0.6R至叶根逐渐减少，至叶根减少至叶根逐渐减少，至叶根减少20，其它叶数桨为等螺距桨。，其它叶数桨为等螺距桨。 8.4 8.4 设计螺旋桨时应考虑的若干问题设计螺旋桨时应考虑的若干问题 一、螺旋桨的数目一、螺旋桨的数目 二、螺旋桨的叶数二、螺旋桨的叶数 三、螺旋桨的直径三、螺旋桨的直径 四、螺旋桨的转速四、螺旋桨的转速 五、桨叶外形和叶切面形状五、桨叶外形和叶切面形状 8.6 8.6 螺旋桨

11、图谱设计举例螺旋桨图谱设计举例 一、船舶的主要参数一、船舶的主要参数 船型：单桨，球首，球尾，流线型挂舵，中机型多用途远洋货船船型：单桨，球首，球尾，流线型挂舵，中机型多用途远洋货船 设计水线长：设计水线长： LWL=144.20 米米 垂线间长：垂线间长： LPP=140.00 米米 型宽：型宽： B=21.80 米米 型深：型深： H=12.50 米米 设计吃水：设计吃水： T=8.90 米米 方形系数：方形系数： CB=0.743 排水量：排水量： =20800 吨吨 桨轴中心距基线：桨轴中心距基线：ZP=2.95 米米 有效马力曲线数据有效马力曲线数据: 二、主机参数二、主机参数 型号

12、型号 苏尔士苏尔士6RLB56 柴油机柴油机 最大持续功率最大持续功率 8460 hp 转速转速 155 rpm 转向转向 右旋右旋 三、推进因子三、推进因子 伴流分数伴流分数 w=0.35 推力减额分数推力减额分数 t=0.6w=0.21 相对旋转效率相对旋转效率 R=1.0 船身效率船身效率 H=1.215 四、最大航速的计算四、最大航速的计算 选用选用MAU4叶桨，取叶桨，取10功率储备，轴系效率为功率储备，轴系效率为S=0.97， 敞水收到马力为：敞水收到马力为： hpPP RsSD 58.73850 . 197. 09 . 084609 . 0 采用采用MAU4-40，MAU4-55

13、，MAU4-70图谱列表计算图谱列表计算 根据表格计算结果绘制各变量与根据表格计算结果绘制各变量与 航速的关系曲线，由航速的关系曲线，由 PTE 与与 PE 曲线的交点，可确定不同盘面比曲线的交点，可确定不同盘面比 的设计桨的参数的设计桨的参数 利用伯利尔空泡限界线进行校核。利用伯利尔空泡限界线进行校核。 五、空泡校核五、空泡校核 2 0 /1625517495. 51025330. 1 95. 595. 29 . 8 mkgfphppp mZTh vsav ps 4220 /63.104,/174,15mskgfmkgfpCt v 根据表格计算结果绘制各变量与根据表格计算结果绘制各变量与 盘

14、面比的关系曲线，并绘出盘面盘面比的关系曲线，并绘出盘面 比曲线，由比曲线，由 需要的盘面比需要的盘面比 与盘与盘 面比曲线的交点，可确定不发生面比曲线的交点，可确定不发生 空泡的最小盘面比，及相应设计空泡的最小盘面比，及相应设计 桨的参数。桨的参数。 knV mD DP AAE 48.15 545. 0 78. 4 684. 0/ 544. 0/ max 0 0 六、强度校核六、强度校核 根据根据 83年年规范规范，0.25R 和和 0.6R 处的切面厚度应不小于下式处的切面厚度应不小于下式 计算的值计算的值 )(mm XK Y t ZbN NA Y e1 Zb DNGAA X d 10 32

15、 2 10 mbb mbb m Z AA Db cmgfG rpmNhpN RR RR E R o e 4561. 19911. 0 0596. 17212. 0 4692. 14 . 0/554. 078. 4226. 0 1 . 0 / 226. 0 /6 . 7,8 155,2 .820697. 08460 66. 06 . 0 66. 025. 0 0 66. 0 3 可见可见MAU标准桨叶厚度不满足强度要求，实际取标准桨叶厚度不满足强度要求，实际取 的连线，确定桨叶厚度分布的连线，确定桨叶厚度分布 mmt mmDt R R 2 .188 73.160035. 0 25. 0 0 .

16、1 mmtmmt mmtmmt mmtmmt mmtmmt RR RR RR RR 6 .39,4 .62 3 .185,2 .108 0 .131,9 .153 8 .176,6 .199 9 . 08 . 0 7 . 06 . 0 5 . 04 . 0 3 . 02 . 0 七、螺距修正七、螺距修正 取取 MAU 的毂径比的毂径比 0.18，无需修正，无需修正 设计桨的叶厚度比标准桨大，需进行修正设计桨的叶厚度比标准桨大，需进行修正 6825. 00015. 0684. 0)()( 0 D P D P D P 八、重量及惯性矩计算八、重量及惯性矩计算 根据剖面形状，用近似积分计算：根据剖面

17、形状，用近似积分计算： 桨叶重量：桨叶重量： 桨毂重量：桨毂重量： 螺旋桨总重量：螺旋桨总重量： 桨叶惯性矩：桨叶惯性矩： 桨毂惯性矩：桨毂惯性矩： 螺旋桨总惯性矩：螺旋桨总惯性矩： kgfGb75.5532 kgfGh2874 kgfG75.8406 2 4 .89453scmkgfIb 2 8440scmkgfIh 2 4 .97893scmkgfI 九、敞水性征曲线九、敞水性征曲线 由图谱敞水性征曲线内插求得由图谱敞水性征曲线内插求得 十、系柱特性十、系柱特性 0321. 0,295. 00 QT KKJ mkgf N P Q D 8 .37917 1552 75602 .8206 2

18、7560 kgf DK QK T Q T 72900 78. 40321. 0 8 .37917295. 0 rpm KD T n T 6 .12760 4 十一、螺旋桨设计总结十一、螺旋桨设计总结 螺旋桨直径螺旋桨直径 D=4.78米米 螺距比螺距比 P/D=0.6825 桨型桨型 MAU 叶数叶数 Z=4 盘面比盘面比 AE/A0=0.544 纵倾角纵倾角 =8o 螺旋桨效率螺旋桨效率 =0.545 设计航速设计航速 Vmax =15.48节节 毂径比毂径比 dh/D=0.18 旋向旋向 右旋右旋 材料材料 铝镍青铜铝镍青铜 重量重量 8406.75 公斤公斤 惯性矩惯性矩 97893.4

19、 公斤厘米秒公斤厘米秒2 十二、绘制螺旋桨总图十二、绘制螺旋桨总图 第九章第九章 船模自航试验及实船性能预报船模自航试验及实船性能预报 9.1 9.1 船模自航试验船模自航试验 可解决的问题：可解决的问题：1 1）预估实船性能，即给出）预估实船性能，即给出PS，n 及及V 之间的关之间的关 系，验证设计是否满足任务书航速要求；系，验证设计是否满足任务书航速要求； 2 2）判断船桨机间的配合情况）判断船桨机间的配合情况 一、相似定理一、相似定理 阻力试验：阻力试验： nmns FF m m s s gL V gL V 桨模敞水试验：桨模敞水试验： ms JJ ss As mm Am Dn V D

20、n V 自航试验应同时满足上两条件：自航试验应同时满足上两条件： 由几何相似条件：由几何相似条件： m s m s D D L L 则：则： s m V V m Am s As n V n V ) 1 1 ( s m sm w w nn 如如 则则 由于在船后满足了进速系数相等的条件由于在船后满足了进速系数相等的条件 故有故有 sm ww sm nn 5 . 3 4 3 m s DmDs m s ms m s ms PP QQ TT 考虑到船桨间的影响：考虑到船桨间的影响： mmm sss RtT RtT )1 ( )1 ( 如如 ，则从桨的结果看，船体阻力应存在模型与实船间三次方的关系，但在，则从桨的结果看，船体阻力应存在模型与实船间三次方的关系，但在 船舶阻力船舶阻力中知，中知， 时，这种关系不