大连理工大学船舶阻力与推进课程设计

1、船舶阻力与推进课程设计2015年7月21日目录一、设计要求及船体主要参数- 2 -1.1 设计要求：- 2 -1.2 船体主参数：- 2 -二、船舶阻力估算及有效马力预报- 3 -2.1 有效马力预报- 3 -2.2 阻力估算- 4 -三、螺旋桨图谱初步设计- 5 -3.1 初步设计确定最佳转速- 5 -3.2 主机功率的确定- 6 -四、螺旋桨图谱终结设计- 7 -4.1 推进因子的决定（泰勒公式单螺旋桨船）- 7 -4.2 可达到最大航速的计算- 7 -4.3 空泡校核- 10 -4.4 强度校核- 12 -4.5 螺距修正- 13 -4.6 重量及惯性矩计算- 14 -4.7 敞水性征曲

2、线确定- 15 -4.8 系柱特性计算- 15 -4.9 航行特性计算- 16 -4.10 螺旋桨计算总结- 18 -五、参考资料- 18 -六、课程设计的收获- 19 -一、设计要求及船体主要参数1.1 设计要求：航速：V=14.75 kn；排水量：=33200 t1.2 船体主参数：船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。利用海军系数法，根据母型船主参数估算设计船体，如下：单位母型船设计船排水量t2080033200设计水线长LWLm144.20168.5221垂线间长LPPm140.00163.6137型宽Bm21.8025.47699型深Hm12.5014.60836

3、设计吃水Tm8.9010.40116桨轴中心距基线ZPm2.953.447574方形系数CB10.7430.725317二、船舶阻力估算及有效马力预报2.1 有效马力预报母型船的有效功率数据如下：航速Vm/kn121314151617有效功率PEm/hp满载203626553406436855337017压载177923513007364243695236110%满载223929213747480560867719根据海军系数法对航速以及有效功率进行变换：公式： ； 变换如下：Vm(kn)121314151617V(kn)12.972614.0536515.134716.2157517.296

4、818.37785PEm(hp)满载203626553406436855337017压载177923513007364243695236110%满载223929213747480560867719PE(hp)满载2201.0182870.1883682.0564722.0275981.457585.728压载1923.1882541.5493250.7173937.1844723.1085660.378110%满载2420.4713157.7474050.6945194.4456579.278344.625根据以上数据可作出设计船的有效功率曲线如下：从曲线上可读取，当V=14.75kn时，对应

5、的有效马力为=5076.3105hp。2.2 阻力估算根据公式，进行船舶阻力估算。设计船在航速为14.75kn时的总阻力为50174.0248kgf。三、螺旋桨图谱初步设计3.1 初步设计确定最佳转速螺旋桨直径初步由缩尺比关系确定设计船直径D=4.78×=7.6296m，取MAU4-55的图谱计算如下：名称单位数据1螺旋桨直径Dm7.62962H1.1823VAkn10.13774PEhp5076.31055假定一组转速Nr/min8590951006直径系数63.97 67.73 71.50 75.26 7由MAU4-55图谱插值得P/D0.78 0.76 0.74 0.72400

6、.62 0.61 0.59 0.576BP4.89 5.09 5.41 5.728PDhp6201.80 7558.71 8873.26 11324.04 9主机马力PShp6393.61 7792.48 9147.69 11674.26 10螺旋桨能克服的有效马力PTEhp4713.53 5548.26 6355.85 7937.31 将上表结果绘制成曲线图，由图中Ps与Pe曲线交点可知，设计船的最佳转速N=87.09608r/min，最佳主机功率为6997.6182hp。3.2 主机功率的确定 依据初定的转速与功率，查中国船舶装备船用动力推进系统YMD-MAN B&W，选择主机参数

7、如下：型号S35MC最大持续功率hp7939最大持续功率kw5920转速(r/min)173旋向右旋供应商宜昌船舶柴油机厂Tel 0086-717-6468689四、螺旋桨图谱终结设计4.1 推进因子的决定（泰勒公式单螺旋桨船）伴流分数 推力减额分数 相对旋转效率 船身效率 4.2 可达到最大航速的计算采用MAU 4叶桨图谱进行计算。取功率储备10%，轴系效率，螺旋桨敞水收到马力： PD=7939×0.9×S×R=6930.747(hp)根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的的图谱列表计算。项目单位数值Vkn13141516VAkn8.979.661

8、0.3511.04PD1/283.251183.251183.251183.2511N87878787BP30.0557924.9727521.016417.8849BP1/25.4823164.9972754.5843654.22905473.9994668.7137964.1328760.12457MAU4-4000.5970.620.6230.631P/D0.6360.6580.6780.708PTEhp4909.4915198.3565562.5936690.513D7.7627.6737.5827.391MAU4-5500.5880.6010.6120.62P/D0.6450.668

9、0.6910.718PTEhp4708.9724987.2785308.4816395.491D7.6987.6017.4877.305MAU4-7000.5720.5930.6020.619P/D0.6550.6940.7180.743PTEhp4531.4414699.5145097.1346209.413D7.6047.4877.3747.278根据上表计算结果，依据大连理工大学于雁云的船舶与浮式海洋结构物参数化设计，可绘制对V的曲线。_spline 13000,597014000,620015000,623016000,6310 _spline 13000,636014000,6580

10、15000,678016000,7080 _spline 13000,4909.49114000,5198.35615000,5562.59316000,6690.513 _spline 13000,776214000,767315000,758216000,7391 _spline 13000,588014000,601015000,612016000,6200 _spline 13000,645014000,668015000,691016000,7180 _spline 13000,4708.97214000,4987.27815000,5308.48116000,6395.491 _s

11、pline 13000,769814000,760115000,748716000,7305 _spline 13000,572014000,593015000,602016000,6190 _spline 13000,655014000,694015000,718016000,7430 _spline 13000,4531.44114000,4699.51415000,5097.13416000,6209.413 _spline 13000,760414000,748715000,737416000,7278 _spline 13000,3444.225614000,4418.4672150

12、00,5666.432416000,7177.74 从PTE-V曲线与船体满载有效马力曲线的交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D、D及0,如下：MAU4-40MAU4-55MAU4-70Vmax/kn14.98114.81314.152D/m7.6537.9707.988P/D0.66290.75210.701800.5810.5710.55472.78471.63470.3624.3 空泡校核按柏利尔空泡限界线中的商船上限线，计算不发生空泡的最小展开面积比。桨轴沉深 hs=T-ZP=5.53 p0-pv=15824.25计算温度 t=15° pv=174 k

13、gf/m2 PD=7385.58 hp =104.63 kgf*s2/m4标准大气压 pa=10330kgf/m2项目单位MAU4-40MAU4-55MAU4-70浸没深度m7.98 8.31 8.33 海水压力kgf/m28176.01 8514.67 8533.90 p18506.01 18844.67 18863.90 Vmaxkn14.98 14.81 14.15 VAkn5.30 5.24 5.01 (0.7ND/60)2(m/s)2594.91 645.22 648.14 V0.7R2(m/s)2623.03 672.71 673.23 0.57 0.54 0.54 0.17 0.

14、17 0.18 Tkgf54797.24 55418.71 58007.16 Apm29.72 9.05 9.41 AEm210.62 10.12 10.39 AOm245.98 49.86 50.09 AE/AO0.23 0.20 0.21 项目单位MAU4-40MAU4-55MAU4-70浸没深度m7.98 8.31 8.33 海水压力kgf/m28176.01 8514.67 8533.90 p18506.01 18844.67 18863.90 Vmaxkn14.98 14.81 14.15 VAkn5.30 5.24 5.01 (0.7ND/60)2(m/s)2594.91 645.

15、22 648.14 V0.7R2(m/s)2623.03 672.71 673.23 0.57 0.54 0.54 0.17 0.17 0.18 Tkgf54797.24 55418.71 58007.16 Apm29.72 9.05 9.41 AEm210.62 10.12 10.39 AOm245.98 49.86 50.09 AE/AO0.23 0.20 0.21 根据上表中的计算结果，可作出空泡校核结果图如下：从图中可得不发生空泡的最小盘面比，以及其所对应的最佳螺旋桨要素如下：AE/AOP/DD0Vmax0.3560.6707.8230.57114.764.4 强度校核计算功率 Ne=

16、6997.6182×0.97=6787.6896 hp盘面比 Ad=AE/AO=0.356螺距比 P/D=0.670纵斜角 =8°密度 G=7.5 g/cm3螺旋桨转速 N=ne=87r/min0.66R处弦长 b0.66R =0.226DAd/(0.1Z)=1.57350.25R处弦长 b0.25R =0.7212 b0.66R =1.13480.6R处弦长 b0.6R =0.9911 b0.66R =1.5595计算表格如下：项目单位0.25R0.6Rbm1.13481.5595K1634207K2250151K31410635K4434A12489.829361886

17、.3386Y34233.308418867.739K58223K63412K74165K8380330A21236.3582091027.612K(Cu3镍铝青铜）1.381.38X1.0559437540.638645tmm325.0231072109.3688标准t'mm253.8158.8校核结果满足满足实取桨厚度mm253.8158.84.5 螺距修正毂径比不同对螺距的修正由，根据教材中图8-40查得桨轴直径dt=465mm，毂径dh=(1.82.1)dt =837976.5(mm)，取为850mm则毂径比dh/D=850÷7823=0.1087，故需对此项螺距进行修

18、正：叶厚比不同对螺距的修正由于实桨厚度大于标准桨厚度，故需对厚度差异进行螺距修正.设计桨 标准桨 (取MAU4-55为基准螺旋桨)=-0. 007修正后的螺距比为4.6 重量及惯性矩计算螺旋桨重量螺旋桨材料为Cu3镍铝青铜，重量密度=7500kgf/m³；桨叶最大宽度bmax=1.940m。(1)叶片重量(未计及填角料的重量）每片叶重量=1/3×R/10×(6)+0.166×0.02R=2610.8 kgf式中0.166×0.02R是考虑桨毂至0.2R切面间的重量。4个叶片重量=4×2610.8=10443.2 kgf(2)桨榖重量按

19、我国船舶与海洋工程设计院提出的公式计算桨榖重量Gh=3250kgf(3)螺螺旋桨总重= 10443.2+3250=13693.2 kgf转动惯性矩按设计院提出的公式计算整个螺旋桨的惯性矩为97893.68 kgf·cm·s²4.7 敞水性征曲线确定由MAU4-30、MAU4-40的敞水性征曲线内插MAU4-35.6,P/D=0.6638的敞水性征数据如下：J00.10.20.30.40.50.60.7KT0.294900.271390.241430.209770.113020.133810.082420.04262KQ0.034090.028070.025320.

20、022660.019580.016420.017170.00755并得到MAU4-35.6,P/D=0.6638的敞水性征曲线如下：4.8 系柱特性计算由敞水性征曲线得： 当J=0时，KT=0.300，KQ=0.0305。 计算功率 PD=6930.25×0.97=6722.6456 hp系柱推力减额分数 t0=0.04主机转矩 Q=PD*60*75/2N=47083.8924 kgf.m系柱推力 T=KTQ/KQD=71771.9713 kgf螺旋桨转速 4.9 航行特性计算取转速为148r/min、138r/min、128r/min 进行计算，计算表格如下：项目单位数据Vkn12

21、1314151617VAm/s4.2594.6144.9695.3245.6796.034148r/minJ0.3980.4310.4630.4950.5270.56KT0.1860.1760.1650.1540.1410.126KQ0.02340.02340.02330.02320.02310.0229PTEhp394239924008397038553631PShp614658595570526949584627138r/minJ0.4260.460.4950.5290.5640.598KT0.1760.1650.1520.1380.1220.106KQ0.02250.02240.02220.0220.02170.0214PTEhp331733373299319729972746PShp486546174349408037923498128r/minJ0.4570.4940.5310.5690.6060.643KT0.1640.1510.1360.1180.10.084KQ0.02140.02120.02