螺旋桨课程设计任务书.doc

1. 船舶重要参数
1）原始给定船舶数据
船型：远洋散装货船，球鼻艏、球艉、单桨、半悬舵。
总长 195.0 m
设计水线长 190.0 m
垂线间长 185.0 m
型宽 28.4 m
型深 15.8 m
设计吃水 11.0 m
设计排水量 48755 t
型排水体积 47423 m3
方形系数 0.821
棱形系数 0.825
2）船舶有效马力曲线——船体
船舶的有效马力曲线是表征船体阻力特性的曲线—可通过近似估算或船模阻力实验来拟定，相应于不同装载情况将有不同的有效马力曲线，一般有满载和压载之分。此外考虑到由于风浪或污底等情况，则尚需增长一定百分数（20%左右）的有效马力裕度，通过下表可绘制附图二中的PE曲线。
航速（kn）
12.0
13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
压载(hp)
2500
3200
3610
4100
4650
5350
6240
7320
满载(hp)
3362
4263
4773
5313
5882
6573
7478
8898
120%超满载(hp)
4034
5115
5727
6376
7058
7887
8973
10677
2. 主机与螺旋桨参数
主机型号 6RLB66型柴油机1台
主机发出功率
额定转速
螺旋桨型号 MAU型
叶数 4叶
桨数 单桨
旋向 右旋
螺旋桨材料 ZQAL12-8-3-2(K=1.2)
材料
桨轴距基线高度 3.6 m
3. 设计工况、参数
设计功率 按满载工况设计，
设计转速
螺旋桨直径
4. 推动因子的拟定
伴流分数
推力减额分数
螺旋桨直径
轴系传送效率
船身效率
5. 可以达成的最大航速设计
海水密度：
船后螺旋桨敞水受到马力 （取）：
螺旋桨产生的扭矩 ：
螺旋桨转速：
螺旋桨转矩系数：
以MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的敞水性征曲线进行设计—插值计算：
其中：，见教材P264附录图一MAU4-40敞水性征图谱，由J、P/D可查得KT、10KQ和η0 。

表一 敞水图谱设计表
MAU4-40
项目
单位
数值
P/D
1
假定航速
kn
13.000
14.000
15.000
16.000
―
2
VA
m/s
4.280
4.609
4.938
5.267
3

―
0.370
0.398
0.427
0.455
4
KT
―
0.145
0.136
0.125
0.117
0.6
10KQ
―
0.160
0.155
0.145
0.140
5
KT
―
0.187
0.180
0.168
0.160
0.7
10KQ
―
0.220
0.210
0.200
0.195
6
KT
―
0.229
0.220
0.210
0.910
0.8
10KQ
―
0.286
0.280
0.270
0.260
7
KT
―
0.270
0.260
0.250
0.240
0.9
10KQ
―
0.360
0.350
0.340
0.330
8
MAU4-40
10KQ
―
0.217
0.217
0.217
0.217
注：
由10KQ=0.217
和1～7行，
插值求得KT、P/D、η0和PTE

KT
―
0.185
0.184
0.178
0.170
P/D
―
0.695
0.710
0.724
0.734
η0
―
0.502
0.537
0.558
0.568
PTE
kn
5686.012
6082.447
6320.308
6433.576
其中：
见教材P264附录图一MAU4-40敞水性征图谱，由J、P/D可查得KT、10KQ和η0

MAU-55
项目
单位
数值
P/D
1
假定航速
kn
13.000
14.000
15.000
16.000
―
2
VA
m/s
4.280
4.609
4.938
5.267
3

―
0.370
0.398
0.427
0.455
4
KT
―
0.137
0.126
0.116
0.104
0.6
10KQ
―
0.160
0.150
0.143
0.132
5
KT
―
0.184
0.173
0.164
0.152
0.7
10KQ
―
0.225
0.215
0.207
0.195
6
KT
―
0.232
0.220
0.210
0.199
0.8
10KQ
―
0.301
0.290
0.280
0.270
7
KT
―
0.277
0.266
0.255
0.244
0.9
10KQ
―
0.388
0.380
0.365
0.351
8
MAU4-55
10KQ
―
0.217
0.217
0.217
0.217
注：
由10KQ=0.217
和1～7行，
插值求得KT、P/D、η0和PTE

KT
―
0.178
0.174
0.170
0.166
P/D
―
0.688
0.703
0.714
0.729
η0
―
0.483
0.508
0.533
0.554
PTE
kn
5470.805
5753.972
6037.140
6275.001

MAU-70
项目
单位
数值
P/D
1
假定航速
kn
13.000
14.000
15.000
16.000
―
2
VA
m/s
4.280
4.609
4.938
5.267
3

―
0.370
0.398
0.427
0.455
4
KT
―
0.130
0.118
0.107
0.093
0.6
10KQ
―
0.160
0.150
0.138
0.127
5
KT
―
0.181
0.170
0.158
0.144
0.7
10KQ
―
0.229
0.215
0.205
0.192
6
KT
―
0.234
0.220
0.209
0.195
0.8
10KQ
―
0.310
0.298
0.284
0.270
7
KT
―
0.284
0.270
0.260
0.245
0.9
10KQ
―
0.405
0.390
0.379
0.360
8
MAU4-70
10KQ
―
0.217
0.217
0.217
0.217
注：
由10KQ=0.217
和1～7行，
插值求得KT、P/D、η0和PTE

KT
―
0.172
0.171
0.166
0.160
P/D
―
0.683
0.702
0.715
0.732
η0
―
0.467
0.499
0.520
0.534
PTE
kn
5289.577
5652.032
5889.893
6048.467
由表一可绘制如教材P119图8-9所示，以V为横坐标，以PE、P/D、η0和PTE为纵坐标绘制图谱设计的计算曲线，图中曲线PE和曲线PTE的交点即为所求的螺旋桨，将该交点平行纵轴与图中各取线的交点列于下表中。
表二 设计计算的最佳要素表
盘面比
Vmax/ kn
P/D
敞水效率η0
MAU4-40
14.812
0.722
0.555
MAU4-55
14.518
0.709
0.521
MAU4-70
14.400
0.707
0.509
6. 空泡校核（对表二所得的不同航速的盘面比进行校核）
表三 空泡校核计算结果
序号
项目
单位
数值
MAU-40
MAU-55
MAU-70
1

―
0.4
0.55
0.7
2

kgf/m2
17915
17915
17915
3

m/s
4.876
4.800
4.741
4

(m/s)2
23.779
22.844
22.474
5

m/s
25.438
25.438
25.438
6

(m/s)2
647.101
647.101
647.101
7

(m/s)2
669.880
669.945
669.575
8

kgf ．m-2
35044.772
35048.173
35028.816
9

―
0.50624
0.50619
0.50647
10
查限界线图得
―
0.183
0.183
0.184
11
推力
kgf
78932.986
75270.661
74452.120
12

m2
12.308
11.736
11.551
13

m2
13.650
12.973
12.763
14

m2
24.618
24.618
24.618
15
需要盘面比
―
0.554
0.527
0.518
按柏利尔空泡限界线图，计算不发生空泡的最小展开面积比：

桨轴浸深：11-3.6m=7.4m；
；
；
；
。
根据表三的计算结果做图，可求得不发生空泡的最小盘面比以及相应的最佳螺旋桨要素：
，，，。

7. 强度校核
表四 强度校核计算表
序号
项目
单位
数值
0.25R
0.60R
1
桨叶宽度b
m
1.2071
1.6589
2
0.7R处D/P D/P0.7

1.4085
1.4089
3
D/P

1.4089
1.4089
4
K1
―
634
207
K2
―
250
151
K3
―
1410
635
K4
―
4
34
5

―
2379.0059
852.3923
6
K5
―
82
23
K6
―
34
12
K7
―
41
65
K8
―
380
330
7

―
1384.3870
1181.4155
8
功率系数
―
43235.5155
11272.1700
9
材料系数K
―
1.2
1.2
10
转速系数
―
0.3031
0.1882
11
《规范》规定最小厚度
mm
219.5575
105.5496
12
MAU标准厚度
mm
214.2
122.1
13
校核结果
―
不合格
合格
14
实取桨叶厚度
mm
219.56
126.25
1）按中国船级社2023年《钢质海船入级与建造规范》校核和处的叶厚应不小于：，其中；。
主机额定功率：（即螺旋桨在船后实际收的效率）
。
；
；
；
；
；
；（教材P110表8-4）
；
。
2）浆叶厚度的径向分布
，
∴由教材P96线性分布的规定，实际厚度按和连直线决定，则各半径处的桨叶厚度如下：
；；；；；；；。
8. 螺距修正
决定毂径比为0.1800（AU型桨的毂径比都为0.18）。
由于实际桨叶厚度大于MAU标准桨厚度，故需因厚度差进行螺距修正（以MAU4-55为基准桨）。（教材P110表8-4）
标准螺旋桨：；
设计螺旋桨：
所以

修正后的螺距比

9. 敞水性征曲线的拟定
《船体设计手册—总体分册》P321，螺距比按修正之前的数值P/D=0.710。
由MAU4-40和MAU4-55，P/D=0.710（第一次插值）的敞水性征曲线，通过第二次插值得到MAU4-5375，P/D=0.710的敞水性征曲线：
表五 插值计算表
(a) 第一次插值
4-

J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
40
P/D=0.7
KT
0.295
0.270
0.242
0.210
0.178
0.141
0.103
0.061
0.018
10KQ
0.295
0.280
0.260
0.235
0.210
0.180
0.145
0.105
0.056
P/D=0.8
KT
0.335
0.310
0.283
0.252
0.220
0.184
0.146
0.106
0.064
10KQ
0.371
0.352
0.330
0.305
0.276
0.245
0.209
0.169
0.120
55
P/D=0.7
KT
0.305
0.277
0.246
0.210
0.172
0.135
0.090
0.048
0.000
10KQ
0.330
0.310
0.280
0.250
0.215
0.180
0.135
0.090
0.030
P/D=0.8
KT
0.350
0.323
0.290
0.258
0.220
0.180
0.140
0.095
0.050
10KQ
0.420
0.390
0.360
0.330
0.290
0.250
0.205
0.150
0.098

（b）第二次插值

J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
MAU4-40
P/D=0.710
KT
0.299
0.274
0.246
0.214
0.182
0.145
0.107
0.0655
0.0226
10KQ
0.303
0.287
0.267
0.242
0.217
0.187
0.151
0.111
0.0624
MAU4-55
P/D=0.710
KT
0.310
0.282
0.250
0.215
0.177
0.140
0.0950
0.0527
0.00500
10KQ
0.339
0.318
0.288
0.258
0.223
0.187
0.142
0.0960
0.0368
Ad=0.529
KT
0.308
0..281
0.249
0.215
0.178
0.141
0.0967
0.0545
0.00746
10KQ
0.334
0.314
0.285
0.256
0.222
0.187
0.143
0.0981
0.0404
表六 设计桨的敞水特性数据表

J
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Ad=0.529
P/D=0.710
KT
0.308
0.281
0.249
0.215
0.178
0.141
0.0967
0.0545
0.00746
10KQ
0.334
0.314
0.285
0.256
0.222
0.187
0.143
0.0981
0.0404
η0
0
0.143
0.278
0.401
0.511
0.600
0.646
0.619
0.235
将上述计算结果绘制成图四，作为下面系柱设计和航行特性计算的数据依据。
10. 系柱特性计算
螺旋桨在系泊状态（系柱）下即船速，螺旋桨的进速系数，螺旋桨的、达成最大值，螺旋桨处在“重载”状态。系柱状态下，要对主机转矩、推力、转速的计算，
由敞水性征得时，，。
计算功率：，
主机转矩：，
系柱推力：，
螺旋桨转速 ：。
11. 航行特性计算
船体、螺旋桨和主机之间互相联系，航行特性曲线反映了船体、螺旋桨和主机三者的关系。
对于三个不同的转速、和情况下进行计算的结果如表七所示。
表七 航行性能计算表
项目
单位
数据
V
kn
13.000
14.000
15.000
16.000
17.000

m/s
4.280
4.609
4.938
5.267
5.597

J
―
0.370
0.398
0.427
0.455
0.484
KT
―
0.190
0.178
0.168
0.159
0.148
10KQ
―
0.234
0.224
0.213
0.203
0.193
PTE
hp
5845
5897
5964
6020
5954
PS
hp
10169
9735
9257
8822
8388

项目
单位
数据
V
kn
13.000
14.000
15.000
16.000
17.000

m/s
4.280
4.609
4.938
5.267
5.597

J
―
0.402
0.433
0.464
0.495
0.526
KT
―
0.177
0.167
0.156
0.143
0.130
10KQ
―
0.222
0.212
0.202
0.188
0.175
PTE
hp
4602
4676
4680
4576
4420
PS
hp
7497
7159
6822
6349
5910

项目
单位
数据
V
kn
13.000
14.000
15.000
16.000
17.000

m/s
4.280
4.609
4.938
5.267
5.597

J
―
0.441
0.475
0.509
0.543
0.577
KT
―
0.164
0.151
0.137
0.124
0.108
10KQ
―
0.208
0.196
0.182
0.169
0.153
PTE
hp
3549
3519
3421
3033
3056
PS
hp
5333
5025
4666
4333
3923
其中：；

将上述计算结果绘制成图五。
由图五可以求得：
压载航行时，可达最大航速为15.350kn，主机功率为9150 hp。
120%超满载航行时，可达最大航速为13.640 kn，主机功率为9870 hp。
满载航行时，，可达最大航速为14.650 kn，主机功率为9450 hp。与设计规定基本一致。
12. 重量及惯性矩计算
根据我国船舶及海洋工程设计研究院提出的近似公式计算（见教材P99）：
桨叶重：；
桨毂重：；
螺旋桨总重量：
其中：为桨叶最大宽度（m）。为桨毂长度中央处轴径，可按下式估算：（K取1/15）
螺旋桨惯性矩：
当时
和分别为主机最大连续功率情况下的螺旋桨收到马力(hp)和转速(r/min)；
分别为0.2R和0.6R处切面之最大厚度(m)；
K为轴毅配合的锥度；
为毂长(m)；
为材料重量密度(kgf /m3)；
Z为桨叶数；
d为桨毂直径(m)；
D为螺旋桨直径(m) 。
；（教材P110表8-4）
；
；
由毂径比可得：；
；
估算得出：
桨叶重 ：；
桨毂重 ：；
螺旋桨总重量：；
螺旋桨惯性矩：

13. 螺旋桨的设计总结
螺旋桨直径 5.6m
螺距比 0.710
型式 MAU
盘面比 0.529
叶数 4
纵倾角
螺旋桨效率 0.525
设计航速 14.57kn
毂径比 0.18
旋向 右旋
材料 ZQAL12-8-3-2
重量 14366.597kg
惯性矩 202383.612kg

做图附表一：MAU螺旋桨桨叶轮廓尺寸表（实际尺寸）
叶片宽度以最大叶片宽度%表达
r/R
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.66
0.7
0.8
0.9
0.95
1.0
从母线到叶片随边的距离%
27.96
33.45
38.76
43.54
47.96
49.74
51.33
52.39
48.49
42.07
17.29
实际距离（mm）
467.98
559.87
648.75
728.75
802.73
832.53
859.14
876.88
811.60
704.15
289.39
从母线到叶片随边的距离%
38.58
44.25
48.32
50.80
51.15
50.26
48.31
40.53
25.13
13.55
0.00
实际距离（mm）
645.74
740.64
808.76
850.27
856.13
841.23
808.595
678.37
420.62
226.79
0.00
叶片宽度%
66.54
77.70
87.08
94.34
99.11
100.00
99.64
92.92
73.62
55.62
0.00
实际距离（mm）
1113.72
1300.51
1457.51
1579.02
1658.86
1673.76
1667.73
1555.25
1232.22
930.94
0.00
导边到最厚点的距离以叶片宽度%
32.00
32.00
32.00
32.50
34.90
37.90
40.20
45.50
48.90
50.00
0.00
实际距离（mm）
356.39
416.16
466.40
513.18
578.94
634.35
670.43
707.64
602.56
465.47
0.00
叶片厚度用D的%表达
4.06
3.59
3.12
2.65
2.18
1.90
1.71
1.24
0.77
0.54
0.30
实际距离（mm）
232.89
206.23
179.57
152.91
126.25
110.25
99.58
72.92
46.26
32.93
19.60

做图附表二：MAU型叶切面尺寸表
说明：X坐标以叶宽的%表达；Y坐标以Y最大的%表达；下方为实际尺寸，单位mm。
r/R 0.2
X
0.00
2.00
4.00
6.00
10.00
15.00
20.00
30.00
32.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
95.00
100.00

0
22.27
44.55
66.82
111.37
167.06
222.74
334.12
356.39
445.49
556.86
668.23
779.60
890.98
1002.35
1058.03
1113.72
Y0
35.00
51.85
59.75
66.15
76.05
85.25
92.20
99.80
100.00
97.75
89.95
78.15
63.15
45.25
25.30
15.00
4.50

81.51
120.75
139.15
154.06
177.11
198.54
214.92
232.42
232.89
227.65
209.48
182.00
147.07
105.38
58.92
34.93
10.48
Yu
35.00
24.25
19.05
15.00
10.00
5.40
2.35
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　

81.51
56.48
44.37
34.73
23.29
12.58
5.47
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
r/R 0.3
X
0.00
2.00
4.00
6.00
10.00
15.00
20.00
30.00
32.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
95.00
100.00

0.00
26.01
52.02
78.03
130.05
195.08
260.10
390.15
416.16
520.20
650.26
780.31
910.36
1040.41
1170.46
1235.48
1300.51
Y0
35.00
51.85
59.75
66.15
76.05
85.25
92.20
99.80
100.00
97.75
89.95
78.15
63.15
45.25
25.30
15.00
4.50

72.18　
106.93
123.22
136.42
156.84
175.81
190.14
205.82
206.23
201.59
185.50
161.17
130.23
93.32
52.18
30.93
9.28
Yu
35.00
24.25
19.05
15.00
10.00
5.40
2.35
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　

72.18
50.01
39.29
30.93
20.62
11.14
4.85
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
r/R 0.4
X
0.00
2.00
4.00
6.00
10.00
15.00
20.00
30.00
32.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
95.00
100.00

0.00
29.15
58.30
87.45
145.75
218.63
291.50
437.25
466.40
583.00
728.76
874.51
1020.26
1166.01
1311.76
1384.63
1457.51
Y0
35.00
51.85
59.75
66.15
76.05
85.25
92.20
99.80
100.00
97.75
89.95
78.15
63.15
45.25
25.30
15.00
4.50

62.85
93.11
107.29
118.79
136.56
153.08
165.56
179.21
179.57
175.53
161.52
140.33
113.40
81.26
45.43
26.94
8.08
Yu
35.00
24.25
19.05
15.00
10.00
5.40
2.35
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　

62.85
43.55
34.21
26.94
17.96
9.70　
4.22　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
r/R 0.5
X
0.00
2.03
4.06
6.09
10.16
15.23
20.31
30.47
32.50
40.44
50.37
60.29
70.22
80.15
90.07
95.04
100.00

0.00
32.05
64.11
96.16
160.43
240.48
320.70
481.13
513.18
638.56
795.35
951.99
1108.79
1265.58
1422.22
1500.70
1579.02
Y0
35.00
51.85
59.75
66.15
76.05
85.25
92.20
99.80
100.00
97.75
89.95
78.15
63.15
45.25
25.30
15.00
4.50

53.52
79.28
91.36
101.15
116.29
130.36
140.98
152.60
152.91
149.47
137.54
119.50
96.56
69.19
38.69
22.94
6.88
Yu
35.00
24.25
19.05
15.00
10.00
5.40
2.35
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　
0.00　

53.52
39.08
29.13
22.94
15.29
8.26
3.59
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00　
r/R 0.6
X
0.00
2.18
4.36
6.54
10.91
16.36
21.81
32.72
34.90
42.56
52.13
61.76
71.28
80.85
90.43
95.21
100.00

0.00
36.16