图谱设计.pptx

uu9-1 设计问题和设计方法设计问题和设计方法 uu9-2 B-型图谱的设计及其应用型图谱的设计及其应用 uu9-3 K-J型设计图谱型设计图谱 uu9-4 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 uu9-5 螺旋桨图谱设计举例螺旋桨图谱设计举例 本章主要内容本章主要内容9-9-设计问题和设计方法设计问题和设计方法船体的有效马船体的有效马船体的有效马船体的有效马力曲线力曲线力曲线力曲线船舶线型初步设计完成船舶线型初步设计完成达到预定航达到预定航速，消耗的速，消耗的主机马力小主机马力小给定主机条件下给定主机条件下使船舶能达到最使船舶能达到最高航速高航速设计一个设计一个螺旋桨？螺旋桨？一、螺旋桨的初步设计一、螺旋桨的初步设计uu 对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力，并据此订购主机。主机的转速及马力，并据此订购主机。主机的转速及马力，并据此订购主机。主机的转速及马力，并据此订购主机。船速船速 V V有效马力有效马力 P PE E选定桨的直径选定桨的直径D D选定桨的转速选定桨的转速n n 确定桨的最佳转速确定桨的最佳转速n n、效率、效率0 0、螺距比、螺距比P/DP/D、主机马力、主机马力P PS S 确定桨的最佳直径确定桨的最佳直径D D、效率、效率0 0、螺距比、螺距比P/DP/D、主机马力、主机马力P PS S二、终结设计二、终结设计 主机马力和转速决定后，求所能达到的最高航速及主机马力和转速决定后，求所能达到的最高航速及主机马力和转速决定后，求所能达到的最高航速及主机马力和转速决定后，求所能达到的最高航速及螺旋桨的尺度。螺旋桨的尺度。螺旋桨的尺度。螺旋桨的尺度。主机马力主机马力主机马力主机马力P PS S(n)n)有效马力曲线有效马力曲线有效马力曲线有效马力曲线P PE E确定所能达到的最高航速确定所能达到的最高航速确定所能达到的最高航速确定所能达到的最高航速V V，螺旋桨的直径螺旋桨的直径螺旋桨的直径螺旋桨的直径D D、螺距螺距螺距螺距比比比比P P/D D及效率及效率及效率及效率 o o（1 1）新船采用现成的标准型号主机）新船采用现成的标准型号主机）新船采用现成的标准型号主机）新船采用现成的标准型号主机（2 2）旧船调换螺旋桨等）旧船调换螺旋桨等）旧船调换螺旋桨等）旧船调换螺旋桨等船用螺旋桨的设计方法船用螺旋桨的设计方法uu 图谱设计法图谱设计法-根据螺旋桨模型敞水性征根据螺旋桨模型敞水性征系列试验绘制成专用的各类图谱进行设计。系列试验绘制成专用的各类图谱进行设计。优点：优点：方便可靠；方便可靠；缺点：缺点：受图谱规定桨型的限制。受图谱规定桨型的限制。uu环流理论设计法环流理论设计法 -根据环流理论及叶切面试根据环流理论及叶切面试根据环流理论及叶切面试根据环流理论及叶切面试验资料对桨叶各半径处叶元体分别进行设计，得出验资料对桨叶各半径处叶元体分别进行设计，得出验资料对桨叶各半径处叶元体分别进行设计，得出验资料对桨叶各半径处叶元体分别进行设计，得出各叶元体最佳的组合（桨叶最高效率）。各叶元体最佳的组合（桨叶最高效率）。各叶元体最佳的组合（桨叶最高效率）。各叶元体最佳的组合（桨叶最高效率）。优点：优点：优点：优点：每个叶元体都是适合流场情况每个叶元体都是适合流场情况每个叶元体都是适合流场情况每个叶元体都是适合流场情况 （伴流不均匀、空泡现象）（伴流不均匀、空泡现象）（伴流不均匀、空泡现象）（伴流不均匀、空泡现象）所以叶元体的螺距不一定相同的，剖面形状也不所以叶元体的螺距不一定相同的，剖面形状也不所以叶元体的螺距不一定相同的，剖面形状也不所以叶元体的螺距不一定相同的，剖面形状也不对称对称对称对称.缺点：缺点：缺点：缺点：方法繁杂，加工工艺也较复杂。方法繁杂，加工工艺也较复杂。方法繁杂，加工工艺也较复杂。方法繁杂，加工工艺也较复杂。9-9-B-B-型图谱的设计方法与应用型图谱的设计方法与应用 uu 在进行螺旋桨设计时，必需针对船舶的特点和在进行螺旋桨设计时，必需针对船舶的特点和在进行螺旋桨设计时，必需针对船舶的特点和在进行螺旋桨设计时，必需针对船舶的特点和要求，根据实践经验，选用合适的螺旋桨图谱。要求，根据实践经验，选用合适的螺旋桨图谱。要求，根据实践经验，选用合适的螺旋桨图谱。要求，根据实践经验，选用合适的螺旋桨图谱。uu 目前在商船螺旋桨设计中，以：目前在商船螺旋桨设计中，以：目前在商船螺旋桨设计中，以：目前在商船螺旋桨设计中，以：uu 荷兰的楚思德荷兰的楚思德荷兰的楚思德荷兰的楚思德B B型螺旋桨型螺旋桨型螺旋桨型螺旋桨和和和和 日本日本日本日本AUAU型螺旋桨型螺旋桨型螺旋桨型螺旋桨 应用最为广泛。应用最为广泛。应用最为广泛。应用最为广泛。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 uu1.1.1.1.B-B-B-B-型设计型设计型设计型设计 图谱的建立图谱的建立图谱的建立图谱的建立 PD -螺旋桨收到马力，螺旋桨收到马力，(hp)VA-螺旋桨进速，螺旋桨进速，(m/s)n -为螺旋桨转速，为螺旋桨转速，(rs)uu 注意：注意：注意：注意：uu V VA A -节节节节(knkn)，uu N N -(rpmrpm)，uu-为海水密度，取为海水密度，取为海水密度，取为海水密度，取104.51 104.51 kgfskgfs2 2mm4 4 BP-功率系数功率系数直径系数直径系数uu B BP P和和和和 是是是是螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨设设设设计计计计中中中中最最最最根根根根本本本本的的的的计计计计算算算算系系系系数数数数，为为为为强强强强调调调调起起起起见见见见，式式式式中中中中有有有有关关关关参参参参数数数数的的的的意意意意义义义义和和和和单单单单位位位位重重重重列列列列于下：于下：于下：于下：uuN N 螺旋桨转速螺旋桨转速螺旋桨转速螺旋桨转速(rpmrpm)，uuP PD D 螺旋桨敞水收到马力螺旋桨敞水收到马力螺旋桨敞水收到马力螺旋桨敞水收到马力(hphp)，uuV VA A 螺旋桨进速螺旋桨进速螺旋桨进速螺旋桨进速(knkn)，uuD D 螺旋桨直径螺旋桨直径螺旋桨直径螺旋桨直径(mm).图谱图谱 图谱图谱 图谱 u 在同一叶数和盘面比的螺旋桨敞水性征曲线组上，在同一叶数和盘面比的螺旋桨敞水性征曲线组上，取一定值的螺距比取一定值的螺距比P/D，并设定一系列的，并设定一系列的J值，在同值，在同一一P/D的性征曲线上读取与的性征曲线上读取与J相应的一系列相应的一系列KQ及及0值。值。u 据据和和 式分别算出相应的值。式分别算出相应的值。u 在纵坐标为螺距比在纵坐标为螺距比P/D，横坐标为，横坐标为 的图上，通的图上，通过上述计算的过上述计算的P/D值作一平行横坐标的水平线，并在值作一平行横坐标的水平线，并在该线对应于每一值的点上标明相应的该线对应于每一值的点上标明相应的0和和值，此线值，此线即能代表螺距比为即能代表螺距比为P/D的螺旋桨水动力特性。的螺旋桨水动力特性。u 对不同对不同P/D的螺旋桨性征曲线都作上述处理，的螺旋桨性征曲线都作上述处理，并绘在同一图上，然后将并绘在同一图上，然后将0和和值相同者分别连值相同者分别连成光顺曲线，即得成光顺曲线，即得0和和的等值线。的等值线。u 将各将各 =常数时常数时(在图谱上表现为垂直线在图谱上表现为垂直线)效率最高的点连成光滑的曲线，即得最佳效率线。效率最高的点连成光滑的曲线，即得最佳效率线。2 2AU型螺旋桨型式型螺旋桨型式 uu1、AU型型 螺旋桨的原型螺旋桨的原型 uu2、MAU型型-改进改进AU型（见下页）型（见下页）uu3、AUw w型型-AU型桨叶切面的后缘具有型桨叶切面的后缘具有一定翘度一定翘度(这对于改善桨叶根部叶间干扰这对于改善桨叶根部叶间干扰有一定效果有一定效果)，在六叶上采用这种型式。，在六叶上采用这种型式。u4、MAUw w型型uu 这种型式是对原型这种型式是对原型这种型式是对原型这种型式是对原型AUAUAUAU桨在叶梢部分切面的前桨在叶梢部分切面的前桨在叶梢部分切面的前桨在叶梢部分切面的前缘形状进行了局部修正。缘形状进行了局部修正。缘形状进行了局部修正。缘形状进行了局部修正。AUAUAUAU型的四叶螺旋桨系型的四叶螺旋桨系型的四叶螺旋桨系型的四叶螺旋桨系列就是采用这种形式。列就是采用这种形式。列就是采用这种形式。列就是采用这种形式。AU AU型螺旋桨是等螺距螺旋桨型螺旋桨是等螺距螺旋桨桨模的几何特征桨模的几何特征:四四叶叶螺螺旋旋桨桨系系列列：属属于于本本组组的的模模型型螺螺旋旋桨桨要要素素列列于于表表9-1中中。桨桨叶叶轮轮廓廓的的尺尺寸寸见见表表8-4，轮轮廓廓形形状状如如图图9-4(a)及及(b)所示所示。MAU4-40MAU4-40MAU4-55MAU4-55MAU4-70MAU4-70直径直径直径直径mm0.2500.2500.250.250.250.25毂径比毂径比毂径比毂径比0.180.180.180.180.180.18盘面比盘面比盘面比盘面比0.400.400.550.550.700.70最大叶宽比最大叶宽比最大叶宽比最大叶宽比0.2260.2260.3110.3110.3980.398平均叶宽比平均叶宽比平均叶宽比平均叶宽比0.1920.1920.2630.263叶厚比叶厚比叶厚比叶厚比0.0500.0500.0500.0500.0500.050后倾角后倾角后倾角后倾角/（）101010101010表表9四叶模型螺旋桨要素表四叶模型螺旋桨要素表图图9-4 MAU4叶桨的轮廓形状叶桨的轮廓形状uu 五五叶叶螺螺旋旋桨桨系系列列：其其要要素素列列于于表表9-2中中。桨桨叶叶轮轮廓廓的的尺尺寸寸见见表表9-4，轮轮廓廓形形状状如图如图9-5(a)及及(b)所示。所示。uu 六六叶叶螺螺旋旋桨桨系系列列：其其要要素素列列于于表表9-3中中。桨桨叶叶轮轮廓廓的的尺尺寸寸见见表表9-4，轮轮廓廓形形状状如图如图9-6(a)及及(b)所示所示。uu 表表9-4给出了给出了AU型型(MAU，AUw w)模型螺旋模型螺旋桨的伸张轮廓尺寸。表桨的伸张轮廓尺寸。表9-5，表，表9-6，表，表9-7，表，表9-8分别给出分别给出AU型、型、MAU型、型、AUw w型型及及MAUw w型的叶切面尺寸，据此可以求出型的叶切面尺寸，据此可以求出螺旋桨的伸张轮廓和各半径处的叶切面形螺旋桨的伸张轮廓和各半径处的叶切面形状。状。3.3.图谱的应用图谱的应用 uu 在在进进行行设设计计时时，应应先先确确定定伴伴流流分分数数、推推力力减减额额分分数数t t、相相对对旋旋转转效效率率R R R R及及传传送送效效率率s s s s。然然后后可可应应用用图图谱谱来来解解决决螺螺旋旋桨桨设计中不同类型的问题。设计中不同类型的问题。(1)(1)螺旋桨的初步设计问题螺旋桨的初步设计问题uu 已知船速已知船速已知船速已知船速V V，有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径D D，确确确确定螺旋桨的最佳转速定螺旋桨的最佳转速定螺旋桨的最佳转速定螺旋桨的最佳转速N N，螺旋桨效率螺旋桨效率螺旋桨效率螺旋桨效率 0 0，螺距比螺距比螺距比螺距比P P/D D和主机马和主机马和主机马和主机马力力力力P Ps s。uu 首首首首先先先先需需需需选选选选定定定定螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨的的的的型型型型式式式式，叶叶叶叶数数数数和和和和盘盘盘盘面面面面比比比比。例例例例如如如如选选选选用用用用MAUMAU型型型型，4 4叶叶叶叶，盘盘盘盘面面面面比比比比为为为为0.550.55的的的的螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨，则则则则可可可可决决决决定定定定所所所所用用用用的的的的图图图图谱谱谱谱为为为为MAU4-55MAU4-55的图谱。的图谱。的图谱。的图谱。uu 在此类问题中，欲求的是转速在此类问题中，欲求的是转速在此类问题中，欲求的是转速在此类问题中，欲求的是转速 N N 和主机马力和主机马力和主机马力和主机马力P Ps s(或螺旋桨收或螺旋桨收或螺旋桨收或螺旋桨收到马力到马力到马力到马力 P PD D )，无法确定其中任一个参数，因此需要假设一组无法确定其中任一个参数，因此需要假设一组无法确定其中任一个参数，因此需要假设一组无法确定其中任一个参数，因此需要假设一组转速转速转速转速N N 来进行计算，具体步骤可用表来进行计算，具体步骤可用表来进行计算，具体步骤可用表来进行计算，具体步骤可用表9-99-9的形式进行。的形式进行。的形式进行。的形式进行。序号序号序号序号名称名称名称名称单位单位单位单位数据数据数据数据1 1螺旋桨直径螺旋桨直径螺旋桨直径螺旋桨直径 D D(给定给定给定给定)2 2 HH3 3V VA A4 4(已知已知已知已知)P PE E5 5假定一组转速假定一组转速假定一组转速假定一组转速N NN N1 1N N2 2N N3 3N N4 46 6直径系数直径系数直径系数直径系数 7 7 查图谱，由查图谱，由查图谱，由查图谱，由 等值线与最佳效率曲线等值线与最佳效率曲线等值线与最佳效率曲线等值线与最佳效率曲线的交点得的交点得的交点得的交点得 P/D;P/D;0 08 8P PD D9 9主机马力主机马力主机马力主机马力P Ps s1010计算螺旋桨能克服的有效马力计算螺旋桨能克服的有效马力计算螺旋桨能克服的有效马力计算螺旋桨能克服的有效马力P PTETEuu 已已知知船船速速V，有有效效马马力力PE E，根根据据给给定定的的转转速速N，确确定定螺螺旋旋桨桨效效率率最最佳佳的的直直径径D，螺螺距距比比P/D及主机马力及主机马力Ps。uu 同样在选定螺旋桨型式、叶数和盘面比同样在选定螺旋桨型式、叶数和盘面比(例如例如MAU4-55)后，按表后，按表9-10的步骤进行计的步骤进行计算，此时需假设一组螺旋桨直径。算，此时需假设一组螺旋桨直径。(2)螺旋桨的终结设计问题螺旋桨的终结设计问题uu 已已知知主主机机马马力力Ps、转转速速N和和有有效效马马力力曲曲线线，确确定定所所能能达达到到的的最最高高航航速速V及及螺螺旋旋桨桨的的尺尺度度与与效效率率。对对于于这这类类设设计计问问题题，在在选选定定螺螺旋旋桨桨型型式式、叶叶数数和和盘盘面面比比(例例如如MAU4-55)后后，通通常常先先假假定定若若干干个个船船速速进进行行计计算算。终终结结设设计计是是经常遇到经常遇到的设计问题。的设计问题。uu例：例：已知已知25000t装货船的主要数据为：装货船的主要数据为：uu uu 船长船长LPPPP=l72m，船宽，船宽B=27.2m，吃水，吃水T=9.8m。实船的有效马力如表。实船的有效马力如表9-11所示。估计所示。估计的伴流分数的伴流分数=0.340，推力减额分数，推力减额分数 t =0.260，相对旋转效率，相对旋转效率R R=0.982。主机马力。主机马力Ps=12000 hp，主机转速，主机转速N=118.5 rpm。实船的有效马力表实船的有效马力表船速船速船速船速V V/kn/kn14.014.014.514.515.015.015.515.516.016.016.516.5有效马力有效马力有效马力有效马力P PE E/hp/hp405040504570457052005200609060907120712083308330假定航速假定航速假定航速假定航速单位单位单位单位1414151516161717V VA Aknkn9.239.239.909.9010.5610.5611.2211.22P PD D1/21/2107.4107.4107.4107.4107.4107.4107.4107.4V VA A2.52.5259259308.5308.5362362422422N N118.5118.5118.5118.5118.5118.5118.5118.5B BP P49.249.241.341.335.235.230.230.27.027.026.436.4335.235.230.230.2查查查查AU5-50AU5-50图谱，由图谱，由图谱，由图谱，由与与与与 最最最最佳效率线佳效率线佳效率线佳效率线的交点得的交点得的交点得的交点得到到到到 76.576.571.071.066.266.262.062.0 0 00.5190.5190.5440.5440.5670.5670.5880.588P/DP/D0.6720.6720.7000.7000.7280.7280.7520.752D Dmm5.955.955.935.935.905.905.875.87P PTETE67206720704070407340734076157615结 论可达航速可达航速 螺旋桨直径螺旋桨直径 D=5.897m螺旋桨螺距比螺旋桨螺距比 P/D=0.731螺旋桨效率螺旋桨效率 0=0.569kn9-49-4 螺旋桨设计时应考虑的若干问题螺旋桨设计时应考虑的若干问题 uu 如何选定如何选定如何选定如何选定螺旋桨类型螺旋桨类型螺旋桨类型螺旋桨类型、叶数叶数叶数叶数及及及及展开面积比展开面积比展开面积比展开面积比？这些参数在应用图谱之前是必须首先确定这些参数在应用图谱之前是必须首先确定这些参数在应用图谱之前是必须首先确定这些参数在应用图谱之前是必须首先确定 。这些。这些。这些。这些因素之间有相互制约作用，在考虑某一问题时，因素之间有相互制约作用，在考虑某一问题时，因素之间有相互制约作用，在考虑某一问题时，因素之间有相互制约作用，在考虑某一问题时，常出现相互矛盾相互依存的现象。常出现相互矛盾相互依存的现象。常出现相互矛盾相互依存的现象。常出现相互矛盾相互依存的现象。uu 为了设计出最合理的螺旋桨，设计者必须从为了设计出最合理的螺旋桨，设计者必须从为了设计出最合理的螺旋桨，设计者必须从为了设计出最合理的螺旋桨，设计者必须从推进效率，空泡、振动及强度等方面作统盘的考推进效率，空泡、振动及强度等方面作统盘的考推进效率，空泡、振动及强度等方面作统盘的考推进效率，空泡、振动及强度等方面作统盘的考虑。虑。虑。虑。一、螺旋桨的数目一、螺旋桨的数目ZPu 选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能、振动、操纵性能及主机船力等各方性能、振动、操纵性能及主机船力等各方面的因素面的因素 。u 通常习惯按母型船来选取螺旋桨数目，通常习惯按母型船来选取螺旋桨数目，且螺旋桨数目与船舶尾部线型直接有关，且螺旋桨数目与船舶尾部线型直接有关，故在船舶初步设计时已决定其螺旋桨数目。故在船舶初步设计时已决定其螺旋桨数目。uu 若马力相同，则单螺旋桨船之推进效若马力相同，则单螺旋桨船之推进效率常高于双螺旋桨船，这是因为单螺旋桨率常高于双螺旋桨船，这是因为单螺旋桨位于船尾中央，伴流较大，且单桨的直径位于船尾中央，伴流较大，且单桨的直径较双桨为大，故其效率较高。较双桨为大，故其效率较高。现代散装货现代散装货船、干货船和油船等均采用单桨。船、干货船和油船等均采用单桨。uu 随着船舶的大型化、高速化，由于主随着船舶的大型化、高速化，由于主机能力所限，船速超过机能力所限，船速超过25kn者一般采用多者一般采用多桨。桨。二、螺旋桨叶数的选择二、螺旋桨叶数的选择u 叶数的选择应根据船型、吃水、推进性能、叶数的选择应根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡等多方面加以考虑。一般认为，若螺振动和空泡等多方面加以考虑。一般认为，若螺旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率常旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率常略高，叶数多者因叶栅干扰作用增大，故效率下略高，叶数多者因叶栅干扰作用增大，故效率下降。但叶数多者对减小振动有利，叶数少者对避降。但叶数多者对减小振动有利，叶数少者对避免空泡有利。通常双桨船多采用三或四叶，高速免空泡有利。通常双桨船多采用三或四叶，高速军舰以三叶为宜。军舰以三叶为宜。单桨商船螺旋桨叶数的选择问题可从以下单桨商船螺旋桨叶数的选择问题可从以下考虑考虑uu1.根据造船统计资料选择螺旋桨叶数根据造船统计资料选择螺旋桨叶数 uu2.螺旋桨叶数对推进性能的影响螺旋桨叶数对推进性能的影响 uu3综合考虑螺旋桨效率与空泡性能综合考虑螺旋桨效率与空泡性能 uu4螺旋桨叶数的选择与振动的关系螺旋桨叶数的选择与振动的关系 三、螺旋桨的直径三、螺旋桨的直径u 一一般般说说来来，螺螺旋旋桨桨的的直直径径越越大大，转转速速越越低低者者效效率率越越高高，但但直直径径受受到到船船的的吃吃水水和和尾尾框框间间隙隙所所限限制制，而而且且直直径径过过大大时时桨桨盘盘处处的的平平均均伴伴流流减减小小，使使船船身身效效率率下下降降，故故对对总总的的推推进进效效率率未未必必有有利利。实实际际上上螺螺旋旋桨桨的的直直径径多多数数是是根据设计图谱来决定的。根据设计图谱来决定的。u 对对于于经经常常在在压压载载情情况况下下航航行行的的船船舶舶，宜宜采采用用直直径径较较小小的的螺螺旋旋桨桨，以以照照顾顾压压载载时时的效率和避免叶梢露出水面。的效率和避免叶梢露出水面。u 从从振振动动方方面面考考虑虑，螺螺旋旋桨桨与与船船体体间间的的间隙不宜过小，否则可能引起严重振动。间隙不宜过小，否则可能引起严重振动。uu如最佳如最佳直径受直径受到限制到限制时，则时，则按右表按右表步骤重步骤重新进行新进行设计。设计。查由和第6项的序号名 称单位数 据1 VknV1V2V3V42VA=V（1-）knVA1VA2VA3VA434NNNNN5BP1BP2BP3BP467 -图谱（例AU5-50）（最佳值）12348D=VA/ND1D2D3D49DDDDD10=N D/VA123411的交点在图谱上读出：0P/D01(P/D)102(P/D)203(P/D)304(P/D)41213PTE=PD0HhpPTE1PTE2PTE3PTE4四、螺旋桨的转速四、螺旋桨的转速uu 螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨转转转转速速速速低低低低、直直直直径径径径大大大大者者者者效效效效率率率率较较较较高高高高，但但但但在在在在选选选选择择择择螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨的的的的转转转转速速速速时时时时，除除除除考考考考虑虑虑虑螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨本本本本身身身身的的的的效效效效率率率率外外外外，尚尚尚尚需需需需顾顾顾顾及及及及主主主主机机机机的的的的类类类类型型型型、重重重重量量量量、价价价价格格格格及及及及机机机机器器器器效效效效率率率率。一一一一般般般般说说说说来来来来，两两两两者者者者的的的的要要要要求求求求是是是是矛矛矛矛盾盾盾盾的的的的。对对对对机机机机器器器器来来来来说说说说，转转转转速速速速越越越越大大大大效效效效率率率率越越越越高，且机器的重量，尺寸都可减小。高，且机器的重量，尺寸都可减小。高，且机器的重量，尺寸都可减小。高，且机器的重量，尺寸都可减小。uu 在选择螺旋桨转速时，还应考虑船体的振动问题。在选择螺旋桨转速时，还应考虑船体的振动问题。在选择螺旋桨转速时，还应考虑船体的振动问题。在选择螺旋桨转速时，还应考虑船体的振动问题。五、桨叶外形和叶切面形状五、桨叶外形和叶切面形状uu 一一般般认认为为：桨桨叶叶外外形形轮轮廓廓对对螺螺旋旋桨桨性性能能的的影影响响很很小小，其其展展开开轮轮廓廓近近于于椭椭圆圆形形者者为为良良好好的的叶叶形形。对对于于具具有有侧侧斜斜的的桨桨叶叶，各各半半径径处处叶切面弦长也应大致按椭圆规律变化为佳。叶切面弦长也应大致按椭圆规律变化为佳。uu 螺旋桨最常用的叶切面形状有弓型螺旋桨最常用的叶切面形状有弓型螺旋桨最常用的叶切面形状有弓型螺旋桨最常用的叶切面形状有弓型(或称圆或称圆或称圆或称圆背形背形背形背形)和机翼型两种。弓型切面的压力分布较均匀，和机翼型两种。弓型切面的压力分布较均匀，和机翼型两种。弓型切面的压力分布较均匀，和机翼型两种。弓型切面的压力分布较均匀，不易产生空泡，但在低载荷时其效率较机翼型者不易产生空泡，但在低载荷时其效率较机翼型者不易产生空泡，但在低载荷时其效率较机翼型者不易产生空泡，但在低载荷时其效率较机翼型者约低约低约低约低3 34%4%。若适当选择机翼型切面的中线形状。若适当选择机翼型切面的中线形状。若适当选择机翼型切面的中线形状。若适当选择机翼型切面的中线形状使其压力分布较均匀，则无论对空泡或效率均有使其压力分布较均匀，则无论对空泡或效率均有使其压力分布较均匀，则无论对空泡或效率均有使其压力分布较均匀，则无论对空泡或效率均有得益，故商船螺旋桨采用机翼型切面。军舰螺旋得益，故商船螺旋桨采用机翼型切面。军舰螺旋得益，故商船螺旋桨采用机翼型切面。军舰螺旋得益，故商船螺旋桨采用机翼型切面。军舰螺旋桨及其他高载荷螺旋桨都用宽而薄的弓型切面。桨及其他高载荷螺旋桨都用宽而薄的弓型切面。桨及其他高载荷螺旋桨都用宽而薄的弓型切面。桨及其他高载荷螺旋桨都用宽而薄的弓型切面。9-5 螺旋桨图谱设计举例 1.1.1.1.已知船体的主要参数已知船体的主要参数已知船体的主要参数已知船体的主要参数 2.2.2.2.主机参数主机参数主机参数主机参数 3.3.3.3.推进因子的决定推进因子的决定推进因子的决定推进因子的决定 4.4.4.4.可以达到最大航速的可以达到最大航速的可以达到最大航速的可以达到最大航速的计算计算计算计算 5.5.5.5.空泡校核空泡校核空泡校核空泡校核 6.6.6.6.强度校核强度校核强度校核强度校核7.7.螺距修正螺距修正 8.8.重量及惯性矩计算重量及惯性矩计算 9.9.敞水性征曲线之确定敞水性征曲线之确定 10.10.系柱特性计算系柱特性计算 11.11.航行特性计算航行特性计算 1212螺旋桨计算总结螺旋桨计算总结1.1.已知船体的主要参数已知船体的主要参数uu船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。多用途远洋货船。多用途远洋货船。多用途远洋货船。uu设计水线长设计水线长设计水线长设计水线长 L LWLWL =144.20m=144.20muu垂线间长垂线间长垂线间长垂线间长 L LPPPP =140.00m=140.00muu型宽型宽型宽型宽 mmuu型深型深型深型深 mmuu设计吃水设计吃水设计吃水设计吃水 mmuu方形系数方形系数方形系数方形系数 C CB B =0.743m=0.743muu排水量排水量排水量排水量 t tuu桨轴中心距基线桨轴中心距基线桨轴中心距基线桨轴中心距基线 Z ZP P=2.95m=2.95m由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下：由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下：由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下：由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下：航航 速速V（kn）121314151617有效马力有效马力PE（hp）满满 载载压压 载载110%满满载载2,0361,7792,2392,6552,3512,9213,4063,0073,7474,3683,6424,8055,5334,3696,0867,0175,2367,7192.主机参数主机参数uu型型 号号 苏尔士苏尔士6RLB56柴油机柴油机 一一台台uu最大持续功率最大持续功率 8,460hpuu转转 速速 155rpmuu旋旋 向向 右右 旋旋3.推进因子的决定推进因子的决定uu据型船资料选取伴流分数据型船资料选取伴流分数 按经验公式决定推力减额分数按经验公式决定推力减额分数 取相对旋转效率取相对旋转效率 船身效率船身效率 4.可以达到最大航速的计算可以达到最大航速的计算uu 采用采用MAU 4叶桨图谱进行计算。叶桨图谱进行计算。uu 取功率储备取功率储备10%，轴系效率，轴系效率s s=0.97，螺旋桨敞水收到马力：螺旋桨敞水收到马力：uu PD D=8,4600.9S SR R=uu 8,4600.90.971.0=7,385.58 hpuu 根据根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的图谱列表计算：的图谱列表计算：BP=N项项 目目单单 位位数数 值值假定航速假定航速Vkn13141516VA=V（1-）kn8.459.109.7510.4 B BP P=N N 64.17753.32444.87638.1898.0117.3026.6996.179MAU4-4090.083.577.872.7P/D0.6000.6180.6350.65400.5030.5270.5500.572PTE=PDH0hp4,5174,7304,9415,134MAU4-5588.981.876.271.2P/D0.6370.6590.6770.69700.4850.5100.5330.556PTE=PDH0hp4,3544,5784,7844,986MAU4-7087.781.175.370.3P/D0.6480.6700.6940.71300.4700.4920.5140.534PTE=PDH0hp4219442146144793 据上表中的计算结果可绘制据上表中的计算结果可绘制据上表中的计算结果可绘制据上表中的计算结果可绘制P PTETE、P P/D D及及及及 0 0对对对对V V 的曲线，如下图的曲线，如下图的曲线，如下图的曲线，如下图uu 从从从从P PTETE f f(V V)曲线与船体满载有效马力曲线之曲线与船体满载有效马力曲线之曲线与船体满载有效马力曲线之曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素旋桨最佳要素旋桨最佳要素旋桨最佳要素P P/D D、D D、0 0如下表所列。如下表所列。如下表所列。如下表所列。MAUVmaxP/DD04-404-554-7015.6215.4815.280.6470.6860.69874.673.673.84.8864.7784.7920.5640.5440.5195.空泡校核空泡校核uu 按柏利尔空泡限界线中商船上限线，按柏利尔空泡限界线中商船上限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。计算不发生空泡之最小展开面积比。uu 桨轴沉深桨轴沉深 uu muu uu计算温度计算温度 t=15，pv v=174 kgf/m，PD D=7,385.58hp，=104.63 kgfs/m2 24=(p0-pv)/AP=AE/A0=AE/序序号号项项 目目单单 位位数数 值值MAU4-40MAU4-55MAU4-701Vmaxkn15.6215.4815.282VA=0.5144 Vmax(1-)m/s5.2235.1765.1093(0.7N D/60)2 2(m/s)2 2770.64736.74721.764 +(3)(m/s)2 2797.9763.53747.875=(=(p p 0 0-p pv v)/)/0.3890.4070.4166 c (查图查图7-20)0.1620.1640.1697T=PD075/VAkgf5981858218563248 A AP P=m2 28.8558.8878.5189AE=AP/(/(1.067-0.229P/D)m2 29.6379.7679.39110 A AE E/A A0 0=A AE E/0.5140.5450.535uu据上述计算结据上述计算结果作图果作图9-25，可求得不发生可求得不发生空泡的最小盘空泡的最小盘面比以及所对面比以及所对应的最佳螺旋应的最佳螺旋桨要素。桨要素。图图 9-25m kn 6.强度校核强度校核uu 按按规范规范校核校核t0.25R0.25R及及t0.6R0.6R，应不小于按下，应不小于按下式计算之值：式计算之值：uu计算功率计算功率 hp gf/cm3 rpm=1.4692muu uu muu uu m实际桨叶厚度按实际桨叶厚度按mm与与mm连直线决定：连直线决定：t0.2=199.6 mm，t0.3 =176.8 mm，t0.4=153.9 mm，t0.5=131mm，t0.6=108.2 mm，t0.7=85.3 mm，t0.8 =62.4 mm，t0.9=39.6 mm。7.螺距修正螺距修正uu 根据尾轴直径大小，决定毂径比根据尾轴直径大小，决定毂径比d h h/D=0.18，此值与，此值与MAU桨标准毂径比相同，故桨标准毂径比相同，故对此项螺距无需修正。对此项螺距无需修正。uu 由于实际桨叶厚度大于由于实际桨叶厚度大于MAU桨标准厚度桨标准厚度,故需因厚度差异进行螺距修正。故需因厚度差异进行螺距修正。uu设计桨设计桨uu标准桨标准桨 (取取取取MAU4-55MAU4-55MAU4-55MAU4-55为基准桨为基准桨为基准桨为基准桨)uu修正后的螺距比修正后的螺距比修正后的螺距比修正后的螺距比：8.重量及惯性矩计算重量及惯性矩计算uu根据根据根据根据MAUMAU桨切面的面积数据用积分方法计算得：桨切面的面积数据用积分方法计算得：桨切面的面积数据用积分方法计算得：桨切面的面积数据用积分方法计算得：uu桨叶重量桨叶重量桨叶重量桨叶重量 G Gb b =5,532.75 kgf=5,532.75 kgfuu桨毂重量桨毂重量桨毂重量桨毂重量 G Gh h =2,874 kgf=2,874 kgfuu螺旋桨总重螺旋桨总重螺旋桨总重螺旋桨总重 G G=8,406.75 kgf=8,406.75 kgfuu桨叶惯性矩桨叶惯性矩桨叶惯性矩桨叶惯性矩 I Ib b =89,453.4 kgfcms=89,453.4 kgfcmsuu桨毂惯性矩桨毂惯性矩桨毂惯性矩桨毂惯性矩 I Ib b =8,440 kgfcms=8,440 kgfcmsuu螺旋桨总惯性矩螺旋桨总惯性矩螺旋桨总惯性矩螺旋桨总惯性矩 I I=97,893.4 kgfcms=97,893.4 kgfcms2 2 2 9.敞水性征曲线之确定敞水性征曲线之确定uu 由由由由MAU4MAU4-4040，MAU4MAU4-5555，P P/D D=0.6825=0.6825的敞水性的敞水性的敞水性的敞水性征曲线征曲线征曲线征曲线内插内插内插内插得到得到得到得到 MAU 4 MAU 4-54.454.4，P P/D D=0.6825=0.6825的敞水的敞水的敞水的敞水性征曲线性征曲线性征曲线性征曲线(图图图图 9-26)9-26)9-26)9-26)其数据其数据其数据其数据如下：如下：如下：如下：J00.10.20.30.40.50.60.7KT0.2950.2670.23880.2040.16770.1270.0849 0.0398KQ0.0321 0.0298 0.0268 0.0238 0.0203 0.0164 0.0124 0.008310.系柱特性计算系柱特性计算uu 由图由图由图由图9-269-26得得得得J J=0=0时，时，时，时，。uu计算功率计算功率计算功率计算功率 hphp，uu系柱推力减额分数取系柱推力减额分数取系柱推力减额分数取系柱推力减额分数取 ，uu主机转矩主机转矩主机转矩主机转矩 kgfmkgfmuu系柱推力系柱推力系柱推力系柱推力 kgfkgfuu车叶转速车叶转速车叶转速车叶转速 rpmrpm11.航行特性计算航行特性计算uu取转速为取转速为取转速为取转速为155rpm155rpm，145rpm145rpm，135rpm135rpm进行计算：进行计算：进行计