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1、SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY螺旋桨设计计算书姓名:王志强 学号:5130109174课程:船舶原理(2)专业:船舶与海洋工程日期:2016年4月 一、 船舶的主要参数船型:单桨集装箱船船型参数设计水线长LWL215m垂线间长LPP210m型宽B32m设计吃水T12.7m排水体积54000m3方型系数CB0.655桨轴距基线高度ZP4.7m毂径dh1.4m螺旋桨材料Cu3镍铝青铜船体有效功率数据表航速/Kn有效功率PE/kW压载满载超满载19761796481143619.581981037812308208950113201343620.5978612369146

2、892110668134751601421.51160514651174202212657159701899922.51392917563209072315574196232337423.51779422403267062420840262143127624.525010314293753125306483848145988主机参数主机最大持续功率Pmax33000KW额定转速102r/min轴系效率s0.97推进因子伴流分数0.25推力减额分数t0.16相对旋转效率R1.0船身效率H=1-t1-1.12二、 最大航速确定按满载工况、主机功率Ps=0.85Pmax、螺旋桨转速102r/min,

3、设计MAU型5叶右旋桨1只。螺旋桨敞水收到功率:PD=0.85SRPmax=0.85×0.97×1.0×33000kW=27208.5kW最大航速设计的步骤:假定若干个盘面比( 0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8),对每一个盘面比进行以下计算:1)假定若干直径(范围7.5m 8.5m,每隔0.01米取一次值);2)对每个直径,假定若干航速(范围21节25节,每隔0.001节取一次值);3)对每个直径与航速的组合,用回归公式计算设计进速系数下不同螺距比(范围0.41.6)螺旋桨的推力、扭矩,通过插值(或二分法)确定满足设计功率要求(即:螺旋

4、桨要求的扭矩与设计功率与转速下的收到转矩平衡)的螺距及相应的有效推力与敞水效率;4)对每个直径,根据阻力曲线及不同航速下的有效推力值,通过插值确定有效推力与阻力平衡的航速,以及对应的螺距和敞水效率;5)根据航速(或敞水效率)与直径的关系,确定最大航速(或最高敞水效率)对应的直径,该直径即为所假定盘面比下的最佳直径。由MATLAB编程得到各个盘面比最佳螺旋桨尺寸及最大航速,如下表所示:盘面比0.500.550.600.650.700.750.80航速V(kn)23.157623.188023.210123.213523.187823.122423.0054螺距P(m)7.10687.12287.

5、14967.19987.25587.31357.3804直径D(m)7.787.847.887.887.857.797.69螺距比P/D0.913460.908520.907310.913680.924310.938830.95974进速系数J0.675560.671270.668500.668600.670410.673670.6789700.664350.669570.673440.674030.669530.658400.63956三、 空泡校核柏立尔空泡限界线图空泡校核计算结果:P0=Pa+hs=10330+1025×(12.7-4.7)kgf/m2=18530kgf/m2=

6、181594N/m2盘面比0.500.550.600.650.700.750.80PO181594181594181594181594181594181594181594VA8.9349738.9466868.9552408.9565328.9466158.9213948.876232VA279.83373880.04318880.19633280.21947480.04192379.59126478.787492(0.7N60D)2845.9659859.0645867.8529867.8529861.2574848.1420826.5066V0.7R2925.7996939.1077948

7、.0492948.0723941.2994927.7333905.294112V0.7R2474893.6481720.0486306.6486318.4482844.2475885.4464375.20.7R0.382390.376970.373410.373410.376090.381590.39105c0.14650.14500.14400.14400.14480.14630.1492推力T(kN)2023.0482036.2722046.0972047.5922036.1672007.9831960.463需要投射面积AP29.0785229.1523229.2182129.23884

8、29.1231228.8412028.29573需要展开面积AE33.8982933.9395434.0052634.0871834.0488833.8508333.39836A047.5388948.2749748.7688348.7688348.3982047.6611846.44538需要的盘面比AE/ A00.71310.70300.69730.69900.70350.71020.7191做计算盘面比图需要盘面比图,如下所示:图 1 计算盘面比需要盘面比图由图插值可知,不发生空泡的最小盘面比为:0.7040 作最大航速盘面比,敞水效率盘面比图如下所示: 由图可知,在盘面比大于0.704

9、0时,最大航速与敞水效率都随盘面比的增大而单调递减,因此,本螺旋桨设计选取盘面比为0.7040,将该盘面比输入之前计算最大航速的程序中可以得到对应的最佳螺旋桨要素。AE/A0=0.7040 P/D=0.9243 D=7.85m 0=0.6689 Vmax=23.1841kn P=7.2568m四、 强度校核按2001年规范校核t0.25R及t0.6R,(见强度计算表)应不小于按下式计算之值:t=YX-Y Y=1.36A1NeZbne X=A2GAdN2D31010Zb计算功率:Ne=33000×0.97kW=32010kWAd=AE/A0=0.7040 P/D=0.9243 =10o

10、 G=7.6g/cm3 N=ne=102r/minb0.66R=0.226DAd0.1Z=0.226×7.85×0.7040/0.5m=2.4979m强度计算表:项目单位0.25R0.6R桨叶宽度bm1.80152.4757Pm7.25687.2568D/P1.08191.0819K1634207K2250151K31410635K4434A11914.7766700.2132Y90727.355324142.747K58223K63412K74165K8380330A21246.56181134.7117X0.37270.2468K1.381.38tmm300.11641

11、45.9621tnmm300.2625171.13校核结果符合规范符合规范注:表中025R中的实际桨叶厚度由下表中02R和03R中的桨叶厚度插值得到 由上表可知,tn>t,即采用MAU标准桨叶厚度符合规范中的强度要求,且有一定的裕度。螺旋桨各半径处桨叶厚度:r/R0.20.30.40.50.60.660.70.80.900.951.0t/mm318.71281.815244.92208.025171.13149.15134.23597.3460.44542.3923.55五、 螺距修正设计螺旋桨采用MAU型5叶桨的厚度分布,因此无需进行厚度差异的螺距修正。设计螺旋桨的毂径比为(dhD)&

12、#39;=1.47.85=0.1783,MAU桨标准毂径比为dhD=0.180,需要进行修正。(dhD)B=110dhD'-dhD=0.1×0.1783-0.180=-1.656×10-4修正后的螺距比为:(PD)m=PD+(dhD)B=0.9241六、 重量及惯性矩计算由于未能找到MAU桨切面有关的数据,此时采用按统计资料得出的近似公式进行计算,按照我国船舶及海洋工程设计研究院提出的公式计算如下。桨叶重:Gb1=0.169Zbmax0.5t0.2+t0.61-dDD(kgf) =0.169×7600×5×2.4979×(0.

13、5×0.3187+0.17113)×(7.85-1.4)kg =33822.93kg桨毂重:Gn=(0.88-0.6d0d)LKd2(kgf) =0.88-0.6×0.74041.4×1.875×7600×1.42kg=15715.812kg其中:d0=0.045+0.108(PD/N)1/3-KLK2m =0.045+0.108×(27208.5×1000/735102)1/3-0.08×1.8752m=0.7404m螺旋桨重量:G=Gb1+Gn=33822.93+15715.812=49538.742

14、kg螺旋桨惯性矩:当dD=0.1783<0.18时: Imp=0.0948Zbmax(0.5t0.2+t0.6)D3(kgfcms2) =0.0948×7600×5×2.4979×(0.5×318.71+171.13)×7.853kgcms2 =1438559.087kgcms2七、 敞水特性曲线由MAU型五叶桨敞水特性曲线回归公式及系数表,可以在MATLAB中得到盘面比为0.7040,螺距比为P/D=0.9243的敞水特性曲线如下所示:设计螺旋桨敞水特性数据表J00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 1

15、.0148KT0.4458 0.4156 0.3816 0.3443 0.3038 0.2605 0.2147 0.1665 0.1160 0.0633 0.0085 0.0000 KQ0.0604 0.0568 0.0528 0.0484 0.0436 0.0385 0.0330 0.0271 0.0208 0.0139 0.0065 0.0053 00.0000 0.1165 0.2302 0.3399 0.4437 0.5390 0.6218 0.6847 0.7115 0.6517 0.2079 0.0000 八、 系柱特性计算由敞水性能数据表得,当J=0时,KT=0.4458,KQ=

16、0.0604计算功率:PD=0.97×33000kW=32010kW 系柱推力减额分数取:t0=0.04,主机转矩:Q=PD×602N=32010×602×102kNm=2996.794kNm系柱推力:T=KTKQQD=0.44580.0604×2996.7947.85kN=2817.672kN螺旋桨转速:N=60TD4KT=60×2817.672×10001025.91×7.854×0.4458r/min=76.42r/min九、 航行特性计算取转速为102r/min,97r/min,92r/min进行

17、计算,结果如下表所示:项目单位数值Vkn19202122232425VAm/s7.3308337.7166678.1025008.4883338.8741679.2600009.645833N=102r/minJ0.5493320.5782440.6071560.6360680.6649810.6938930.722805KT0.238220.224870.211320.197560.183620.169480.15515KQ0.0358020.0342000.0325650.0308960.0291940.0274560.025682PTEkW22021.3621881.1321590.30

18、21146.3120546.6619788.8518870.41PSkW34843.6033283.7831692.5830069.1228412.3626721.1824994.30N=97r/minJ0.5776480.6080500.6384530.6688550.6992580.7296610.760063KT0.225150.210900.196420.181730.166830.151720.13640KQ0.0342330.0325130.0307570.0289630.0271300.0252560.023339PTEkW18822.2618558.5318149.071759

19、1.3816882.9716021.3815004.12PSkW28653.0527213.8825743.9924242.3622707.8321139.1119534.78N=92r/minJ0.6090420.6410970.6731510.7052060.7372610.7693160.801371KT0.210430.195150.179640.163890.147910.131700.11527KQ0.0324570.0306030.0287070.0267660.0247810.0227470.020663PTEkW15824.6215448.3714931.3214270.99

20、13464.9112510.6111405.62PSkW23178.2721854.3220500.1819114.6717696.4816244.1614756.10将上述计算结果绘制成下面两幅航行特性曲线图:从航行特性曲线图可以得到:(1)压载航行时可达最大航速为V=23.8605kn,主机马力约为26875kW。(2)超满载时可达最大航速为V=22.4842kn,主机马力约为29186kW。(3)满载航行,N=102r/min时,可达最大航速为V=23.1750kn,主机马力约为28034.3kW,与设计要求基本一致。十、 螺旋桨计算总结螺旋桨直径7.85螺距比P/D=0.9241型式M

21、AU叶数Z=5盘面比0.7040纵倾角10o螺旋桨效率0=0.6689 设计航速Vmax=23.1841kn毂径比0.1783旋向右旋材料Cu3镍铝青铜重量49538.742kg惯性矩1438559.087kgcms2MAU螺旋桨桨叶轮廓尺寸表r/R0.20.30.40.50.60.660.70.80.90.951r / mm785.001177.501570.001962.502355.002590.502747.503140.003532.503728.753925.00从母线到叶片随边距离 / mm698.41835.55968.191087.591197.991242.461282.1

22、71308.651211.231050.87431.89从母线到叶片导边距离 / mm963.691105.321206.991268.931277.681255.441206.741012.40627.72338.47叶片宽度 / mm1662.101940.872175.172356.522475.672497.902488.912321.051838.951389.33叶片厚度 / mm318.71281.82244.92208.03171.13149.15134.2497.3460.4542.3923.55从导边至最厚点的距离 / mm531.87621.08696.05765.878

23、64.01946.701000.541056.08899.25694.67MAU型叶切面尺寸表r/R 0.2X0.0033.2466.4899.73166.21249.32332.42498.63531.87664.84831.05997.261163.471329.681495.891579.00Yu111.55165.25190.43210.83242.38271.70293.85318.07318.71311.54286.68249.07201.27144.2280.6347.81Yo77.2960.7147.8131.8717.217.490.3X0.0038.8277.63116.4

24、5194.09291.13388.17582.26621.08776.35970.431164.521358.611552.691746.781843.82Yu98.64146.12168.38186.42214.32240.25259.83281.25281.82275.47253.49220.24177.97127.5271.3042.27Yo68.3453.6942.2728.1815.226.620.4X0.0043.5087.01130.51217.52326.28435.03652.55696.05870.071087.591305.101522.621740.141957.652

25、066.41Yu85.72126.99146.34162.01186.26208.79225.82244.43244.92239.41220.31191.40154.67110.8361.9636.74Yo59.3946.6636.7424.4913.235.760.5X0.0047.8495.67143.51239.42358.90478.61718.03765.87952.981186.981420.751654.751888.752122.522239.64Yu72.81107.86124.29137.61158.20177.34191.80207.61208.03203.34187.12162.57131.3794.1352.6331.20Yo50.4539.6331.2020.8011.234.890.6X0.0053.97107.94161.91270.10405.02539.94810.04864.011053.641290.571528.971764.662001.582238.752357.08Yu58.1884.8899.26110.81128.69145.12157.10170.79171.13167.28153.93133.74108.0777.4443.3025.67Y

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