摘要
螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。
螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。影响螺旋桨推进性能的因素很多，在本设计过程中主要对螺旋桨的直径、螺距比、盘面比、桨叶轮廓形状等因素进行研究，并通过在工作中积累的经验，设计一艘内河A级拖船的螺旋桨。
关键词
螺旋桨直径螺距比盘面比桨叶轮廓形状
Abstract
Propeller is a necessary promoting components of shipbuilding industry, which be used to providing thrust for ship moving. Its design precision will directly affect the forward speed of the ship.
The propeller design the whole ship design is a vital part of the ship, it is to guarantee an important aspect of the swiftness. General propeller design is in preliminary finished ship lines design, and through the estimation or with model test method to determine the hull effective power after. Affect the propeller to advance performance in the many factors in the design process of the propeller diameter, mainly pitch than, than, disk blades factors such as profile, and through the experience in work, design an inland ship class A tug propeller
Keywords
Propellers diameter pitch of screws ratio pie area ratio paddle outline
目录
摘要 ................................................................................ I 关键词............................................................................... I Abstract ............................................................................. I Keywords ............................................................................. I
0 引言 (1)
1 结构与计算要素 (1)
1.1 结构组成 (1)
1.2理论基础 (1)
1.3 工作原理 (2)
1.4 计算要素 (2)
2 项目设计过程及结果与分析 (3)
2.1 船体估算数据 (3)
2.2 螺旋桨要素选取及结果与分析 (4)
2.3 推力曲线及自由航行计算及结果与分析 (6)
2.4 强度计算结果与分析 (7)
2.5 计算总结 (9)
2.6 螺旋桨模型的敞水实验 (9)
3螺旋桨设计的发展 (10)
3.1 节能减排促使螺旋桨加快创新 (11)
4结论 (11)
致谢 (12)
参考文献 (12)
附录 (13)
0 引言
船在水面或水中的航行时遭受阻力，为了使船舶能保持一定的速度向前航行，必须供给船舶一定的推力，以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠专门的装臵或机构通过吸收主机发出的能量并把它转换成推力而得，而这种专门吸收与转换能量的装臵或转换能量的装臵或机构统称为推进器。推进器种类很多，例如风帆，民轮，直叶推进器，喷水推进器及螺旋桨等，螺旋桨构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高，是目前应用最广的推进器。
螺旋桨为船的前进提供的推力，但影响螺旋桨推进性能的因素很多，在处理这些因素时，往往会出现得此失彼，互相矛盾又互相统一的复杂现象，所以都会从螺旋桨的效率、空泡、强度、工艺和振动等方面作统盘考虑。但是一般螺旋桨装在船后，流体经过船体是要受到影响，其速度和方向与船前面的流体比较都不相同：另一方面，螺旋桨的工作对船体的阻力也有影响，如何考虑它们之间的相互影响是设计存在的问题。本设计的指导思想是把最能满足船舶性能要求的那些因素作为主要矛盾加以解决。
1结构与计算
1.1结构组成
螺旋桨俗称车叶，通常由桨叶和浆毂组成。螺旋桨与尾轴连接部分叫浆毂，浆毂是一个锥形体。为了减小水的阻力，在浆毂后端加一整流罩，与浆毂形成一光顺流线形体，称为毂帽。
螺旋桨在水中产生推力的部分叫桨叶，桨叶固定在浆毂上。普通螺旋桨常为3叶或4叶，2叶螺旋桨仅用于机帆船或小艇上，近年来有些船舶（如大吨位大功率的油船），为避免震动而采用5叶或5叶以上的螺旋桨。
由船尾向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂连接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时先入水的一边称为导边，另一边称为随边。螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨迹称为梢圆。梢圆的直径称为螺旋桨直径，以D表示。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积以Ao表示，可用下式表示它们之间的关系： Ao=πD2/4
由船后向前看去，螺旋桨正车旋转为顺时针者称为右旋桨，反之，则成为左旋桨。装于船尾两侧之螺旋桨，左桨左旋，右桨右旋称为外旋桨，左桨右旋，右桨左旋称为内旋桨。
1.2 理论基础
螺旋桨理论按其内容发展阶段可分为动量理论、叶元体理论和环流理论。在这里主要介绍动量理论。
推进器的动量理论早在19世纪末已确立，它认为螺旋桨的推力是因其使水产生动量变化所致的，所以可通过水的动量变更率来计算推力。由于忽略的因素过多，所得到的结果与实际情况有一定的距离，不能用作计算或设计的依据。但是，由于推进器的动量理论还能简略地说明推进器产生推力的原因，而且某些结论也有一定的实际意义。
先简要的分析螺旋桨在水中的运转的情况。我们通常把由于螺旋桨运转使水流产生的运动速度称为诱导速度。为了便于分析研究问题，把诱导速度分解为两个分量：一个是平行于桨轴方向，另一个是垂直于轴平面内的圆周方向。沿圆周方向的诱导速度分量称为周向诱导速度，其方向与螺旋桨轴向运动方向相反。沿圆周方向的诱导速度分量称为周向诱导速度，其方向与螺旋桨旋转方向相同。对于负荷（指螺旋桨承担的推力）较重的螺旋桨常可以发现螺旋桨尾流有较严重的收缩现象，这时水质点还存在径向诱导速
度。
往往由于对诱导速度的处理不同，产生了不同的螺旋桨理论，例如忽略了周向诱导速度的影响，应用动量定理可得到理想推进器理论，若同时考虑周向诱导速度应用动量矩定理便可得到理想螺旋桨理论。
1.3工作原理
螺旋桨的工作是靠桨叶向后拨水来实现的。它在工作时，一面随主机驱动而旋转，一面随船舶前进而前进，这两种运动的组合即为螺旋运动。
螺旋桨工作时，发出的推力用以克服船的阻力，推船前进。遭受的阻力矩由主机发出的旋转力矩克服之。可见，当螺旋桨以转速n进行旋转时，必须吸收主机所供给的转矩Q，才能克服力矩。螺旋桨吸收的功率为2πnQ。螺旋桨在运动中产生推力T,且以进
速V
A 推船前进，其所发挥作用的功率为TV
A
.故螺旋桨的效率为
ηo = 推功率/吸收功率=TV
A/
2πnQ
为了提高螺旋桨的效率，总是力求使螺旋桨所产生的推力增大，而使运动中所遭受
的阻力矩减少，从而使主机供给的转矩减小。
1.4结构计算要素
1）螺旋桨直径：首先考虑与尾型和吃水的关系，在绘制船体线型时，已基本决定了螺旋桨的轴线位臵和可能的最大直径。从尾型和吃水条件看，普通船舶的螺旋桨直径大约在下列范围：单桨D=(0.7~0.8)Tw;双桨D=(0.6~0.7)T w. 式中Tw为船舶满载时的船尾吃水。只要螺旋桨直径未超过尾型和吃水条件的限制，就可以通过设计图谱求得敞水效率最佳的螺旋桨直径。但是由于船后伴流不均匀性的影响，敞水最佳直径与船后最佳直径略有差别。随着伴流不均匀的程度，最佳直径应有不同程度的减小：单桨所处的位臵的伴流不均匀性较大，最佳直径要减3~5%；双桨所处的位臵伴流比较均匀，最佳直径约减少2~4%。
2）螺距比H\D：在进速系数相同时，螺距比越大，推力系数和转矩系数也越大，这是因为螺距比大时具有较大的攻角的缘故。当进速系数较小时，螺距比小者效率较高，而在进速系数较大时，则螺距比大者效率较高。在螺距比小于1.5的范围内，H\D越大，螺旋桨的最高效率越大。而在螺距比大于1.5时，螺旋桨的最高效率大致不变。
通常，螺距比是指也梢处或0.7R处的螺距与直径之比。实践证明，采用等螺距桨叶并不很好，单桨尤其如此。桨叶沿径向处于不同的伴流区，每一切面在不同的伴流中工作，若采用等螺距分布，叶根切面可能遇到很大的攻角，负荷较大，影响螺旋效率。因此，为了使桨叶不同半径处的切角不致相差过大，以保持各切面的效率大致相等，减小尾流中的能量损失，从而提高效率，最好采用径向变螺距的螺距分布形式。
3）盘面比：若螺旋桨的直径、螺距、转速和叶数均相等，则推力和转距均随盘面比的增加而增大。但盘面比大时，翼栅作用较甚，桨叶的摩擦阻力也较大，螺旋桨的效率就较低。盘面比太小时，因强度需要，势必增加桨叶厚度，这时桨叶单位面积所发出的推力较大，容易发生空泡，且会增加涡旋阻力，致使效率反而降低。所以在设计螺旋桨时，均选择不发生空泡的最小盘面比。
4）桨叶轮廓形状：桨叶的外形轮廓多螺旋桨的效率和空泡性都能有影响。但是通过我们现场反馈的意见表明，对一般接近椭圆形的桨叶，叶形的变化对螺旋桨效率影响不大。5）叶数：螺旋桨叶数的选择应根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡多方面加以考虑。一般认为若螺旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率略高，叶数多者因叶片与叶片间产生的相互干扰作用较大，效率常略低。叶数多者对减小振动有利，叶数少者对避免空泡有利。
6）螺旋桨转速：螺旋桨转速低一些，则直径可以较大，效率也会较高，但对主机来说，转速高，则机器效率高，主机的重量和尺寸也可以减小，从这里可以看出螺旋桨转速和主机转速要求之间是相互对立而又互相联结。因此就需要螺旋桨的转速和主机的转速之间要匹配好。但在进行一般民用船舶的螺旋桨设计时，主机往往是从现已生产的一定功率的几种船用主机中加以比较选取，更多的情况是先有主机再进行船舶设计。因此在设计螺旋桨时，螺旋桨的转速常是给定的。
7）螺旋桨的数目：一艘船是选用一个螺旋桨好还是选用两个螺旋桨好，必须综合考虑推进性能、操作性能及主机性能或数目等各方面的因素，需要根据各类船舶的不同特点来选取。通常习惯是按同航线同类型的船来选取螺旋桨数目，且螺旋桨数目与船尾线型直接有关，故在船舶初步设计时已决定了螺旋桨的数目。
在功率相同的情况下，则但螺旋桨船的推进效率高于双螺旋桨，这时因为单螺旋桨位于船尾纵中剖面上，伴流较大，而且单桨的直径较双桨大，故其效率较高。
2 项目设计过程及结果与分析
船体主尺度及船型系数
这个螺旋桨设计来自于一艘内河A级拖船，以下是与该设计有关的船体的主尺度及船型系数：
总长 23.7米水线长 23米
型宽 5.30米型深 2.0米
设计吃水 1.25米设计排水量 ~88.7吨
艏舷高 2.55米艉舷高 2.25米
方形系数 0.578 水线面系数 0.809
中剖面系数 0.917 纵向菱形系数 0.630
浮心纵向位臵 -0.651
2.1 船体估算数据
该船体有效效率估算（兹万科夫法），见表1
垂线间长 L 22.0 m
型宽 B 5.3 m
吃水 T 1.25 m
方形系数 Cb 0.57
摩擦阻力系数 f 0.1497
有隧道 m 1.2
水温 t 1.5 ℃
舯横剖面面积 Am 6.0884 m2
浸水面积Ω 99.462m
剩余阻力系数ξ 2.2350
表1
2.2 螺旋桨要素选取及结果与分析
2.21 螺旋桨要素选取（见表2）
静深水状态下的设计拖带航速： Vs=13km/h ≈7.0kn 螺旋桨直径： D=1.10m 主机型号： NT/NTA885-M 数量： 2台
MCR: 200hp x1744rpm 功率储备： 10%
设计点工况： 180hp x1744rpm 齿轮箱减速比： 4 : 1 螺旋桨转速： N=436rpm 轴系效率： ηs=0.96 齿轮箱传递效率：
ηg=0.97 伴流分数： w=0.13 推力减额： f=0.14 船身效率： ηh=0.989
根据δ，Bp查MAU图谱得（如表3所示）：
表3
空泡校核（伯利尔限界线）（如表4所示）：
设计功率
Pd= 167.6 hp
设计转速 N= 436 r/min
淡水重度γ= 1000 kgf/m3
桨轴沉深
= 0.6 m
h
s
标准大气压力
Pa= 10330 kgf/m2
水15℃气化压力 Pv= 174 kgf/m2
伴流分数
W= 0.13
相对旋转效率
ηg= 1.0
螺旋桨直径 D= 1.1 m
盘面比
Ae/Ao= 0.4
螺旋桨螺距比 P/D= 0.84
叶数 Z= 4
2.22 结果与分析
经计算分析可知满足空泡要求的最小盘面比约为Ae/Ao=0.65 根据MAU4~40、MAU4~55、MAU4~70查得结果内插可知：
在该盘面比下的螺距P/D=0.807,敞水效率ηo=0.461
2.3 推力曲线及自由航行计算
拖船有两种典型的航行状态：自航状态和拖航状态。拖船在自由航行状态时，螺旋桨发出的推力只用于克服船体阻力;拖船在拖带航行时，除了克服船体自身阻力外，还需要克服拖钩上的拉力。两种不同工况螺旋桨的工作状态相差很明显，因此，设计状态的选取需要进行具体的分析比较。
一般来说，可以根据拖船的使用情况来决定螺旋桨的设计工况。例如，专门用于拖带驳船队的拖船，其大部分工作时间用于拖带，对拖力的要求特别高，则以拖带状态设计螺旋桨为主。本设计项目就以拖带状态设计螺旋桨。
拖船的螺旋桨通常是按设计航速Vs设计的。要计算设计航速时螺旋桨发出的推力，首先需要根据设计航速确定此螺旋桨的进速系数J，有螺旋桨的叶数、盘面比、螺距比
及进速系数查螺旋桨的性征曲线图，可得螺旋桨在此工况下的K
T .根据K
T
就可以求出敞
水推力，考虑推力减额后即可得螺旋桨在船后发出的有效推力。
2.31 设计航速时有效推力（如表5所示）：
当拖船高于设计拖速航行时，相当于阻力减小，由于进速V’
A
比原设计状态有所增
加,即V’
A ＞V
A
此时螺旋桨发出的推力与吸收的转矩减小，因而螺旋桨负荷变轻，则主
机就可毫不费力地转动螺旋桨，使转速越转越快并超过额定转速而出现飞车现象。长时间的使主机在超过额定转速下工作时不允许的，所以只有采取减小主机喷油量来控制转速，使之不超过额定转速。由于喷油量减小，主机转矩减小，其功率发挥不足。所以高于设计航速时，螺旋桨与主机配合的特点是保持原设计转速不变，而主机功率发挥不出来。
2.32 高于设计航速时的有效推力（如表6所示）：
当拖船低于设计拖速航行时，相当于阻力增加，由于进速V’
比原设计状态有所下
A
降,冲角增加，使螺旋桨工作时遇到的阻力矩增加。因机器的转力矩不能再增加，就出现主机带不带螺旋桨现象。此时只能采取降低转速的方法，使螺旋桨收到的转力矩下降，直至与主机的额定转力矩相等。总之，在此状态下，螺旋桨与主机配合的特点为转力矩保持设计状态不变，而螺旋桨转速下降，使螺旋桨不能充分吸收主机的额定功率。
计算此状态下螺旋桨发出的有效推力，由于转速时变化的，而且是未知的，因而在假设航速下并不能求得进速系数J，故计算直接从假设进速系数J开始，反求相应的转速及航速。
2.33 低于设计航速时的有效推力（如表7所示）：
M=75 x 60 x Po/2πN=275.3 kgf.m
2.34 自由航行速度的确定
将表格计算结果画成推力速度曲线（T~V）
推力曲线与船体阻力曲线之交点对应的速度为自由航行速度见附录（图1）
V=10.14kn=18.78km/h
2.4 强度计算结果与分析
我们所设计与制造出来的螺旋桨，应该具有较高的效率和足够的强度，以便保证船舶安全航行和充分发挥螺旋桨的效能，另一方面使船在正常航行状态下，桨叶不致破损或断裂。但是不能单纯追求强度大、桨叶厚，这样不仅浪费材料，而且对螺旋桨的性能也没有好处。所以，在设计螺旋桨时，必须进行强度校核，其目的是确定足以保证强度的叶片厚度，及沿径向的分布规律。
螺旋桨桨叶可看作固定于浆毂的悬臂梁。当螺旋桨在水中操作时，作用在桨叶上的流体动力有轴向的推力（T/Z）及转向相反的阻力（F/Z），两者都使桨叶产生弯曲和扭转。此外由于螺旋桨桨叶在旋转时产生离心力（C），使桨叶受到拉伸作用，若桨叶具有
侧斜或者纵斜，则离心力还有受桨叶产生弯曲。螺旋桨的强度校核就是核算在这些外力作用下，桨叶切面强度是否满足需要。若不能满足需要时，则需增加叶片的厚度。但随着厚度的增加螺旋桨效率下降，所以应当在满足强度的前提下选取较薄的叶片。由于桨叶是扭曲的变截面悬臂梁，且其横截面并不对称，同时作用在桨叶上的外力也难精确算出，故在螺旋桨设计中，一般都用理论和实验相结合的近视办法来进行螺旋桨的强度计算。这里介绍内河船螺旋桨强度校核方法。
逻姆逊强度校核法
逻姆逊强度校核法是内河船舶螺旋桨强度校核中常用的一种方法。此法是以切面所收的最大压应力来校核桨叶的强度。并且认为在只有半径为0.2R和0.6R处的切面能满足强度要求，则整个桨叶就能满足强度要求，所以只需校核上述两个切面的最大压应力。最大压应力由两部分组成，一是推力和选择阻力引起，即收到功率直接相关的压应力?1，另一个是由离心力引起的压应力?2，故总的最大压应力?为：
? = ?1 + ?2
2.41 强度计算结果
螺旋桨材料镍铝青铜（Cu3）
最小抗拉强度?b 590N/mm2
材料比重 G 7.6g/cm3
材料系数 K 1.38
主机输出功率 Ne 200hp(147kw)
螺旋桨转速 ne 436rpm
螺旋桨直径 D 1.100m
螺旋桨盘面比 Ae 0.650
0.807
螺旋桨螺距比 P/D
0.70R
0.807
螺旋桨螺距比 P/D
0.60R
螺旋桨螺距比 P/D
0.807
0.25R
螺旋桨后倾角ε 10.00
螺旋桨叶数 Z 4
2.42结果分析
根据中国船级社≤钢质海船入级与建造规范（2001）≥及≤修改通报≥（2004）
由表8得出此计算结果满足规范对强度的要求。 2.5 计算总结
直径 D=1.10m 桨数 2只
螺距比 P/D=0.807 盘面比 Ae/Ao=0.65 叶型 MAU 叶数 Z=4
材料 镍铝青铜（Cu3） 重量 ~170kg 自由航速 ~18.8km/h
2.6 螺旋桨模型的敞水实验
螺旋桨模型单独在静水中的实验称为敞水实验，实验可以在船模实验池或空泡水筒中进行。它是检定和分析螺旋桨性能较为简便的方法。 螺旋桨敞水实验的目的有以下几条：
1）进行螺旋桨模型的系列实验，将所得的结果绘制成图谱，以供螺旋桨设计之用； 2）根据系列选取的结果，可以全面系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能提供方便；
3）为配合自航实验和进行同一螺旋桨的敞水实验时，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。
由设计和实验证明，要使几何相似的螺旋桨成为动力相似，主要具备的条件是进速系数J 相等。就是说，不论实际螺旋桨与模型螺旋桨旋桨之间的绝对尺度和运动速度怎么不同，只要保持它们之间的几何相似、进速系数J 相等，则无因次系数K T 、K Q 和ηo 均相等，因此可将螺旋桨的模型实验结果应用于其几何相似的实际螺旋桨中。当几何形状或进速J 改变时，则无因次系数K T 、K Q 和ηo 亦随之改变；因此对于几何形状一定的螺旋桨来说，其水动力性能只与进速系数J 有关，而K T 、K Q 和ηo 为进速系数J 的函数，因此可以写成下列三式：
K T = T / ρn 2D 4
= f 1(J)
K Q = Q/ ρn 2D 5 = f 2(J)\
ηo = (K T / K Q ).(J/2π) = f 3(J)
螺旋桨实验的目的就是要测定螺旋桨的性能数据，即求出上述K T 、K Q 和ηo 与J 的变化规律，一般是采用保持模型的转速n 不变，而以不同的进速V A 进行实验来改变进速系数J 的值。
3螺旋桨设计的发展
3.1节能减排促使螺旋桨加快创新
减少排放和节省燃油成本促使越来越多的船东将注意力转向螺旋桨。目前，有两款新技术应用于船舶螺旋桨。
具有顺桨功能的双螺旋桨
单一主机在较低的功率水平时会损失效率，而依*采用较小双主机的双螺旋桨操作可提供更大的灵活性，在船舶需要以略低的航速航行时可以仅使用一组推进装臵，在需要时可起动余下的另一台主机。除了增加冗余外，双桨配臵由于较少的排放而对环境有益。Berg Propulsion公司最近推出带有对双螺旋桨船有顺桨功能的Berg可调螺距螺旋桨。该公司认为，这个解决方案特别适合沿海液货船。
船舶在较低航速航行时使双螺旋桨中的一只螺旋桨处于顺桨状态的概念是，将2只螺旋桨中不工作的螺旋桨桨叶旋转90度，使它们与水流平行，从而使阻力降到最小并进一步节省工作主机燃烧的燃油。顺桨是连接和脱开不需工作的轴系的更有效替代方法。
首批具有顺桨功能的BCP安装于中国的鼎衡（江苏）造船建造的船长100米的化学品运输船上，以及在佛罗利达Eastern Shipbuilding Group建造的船长85.5米的渡船上。Berg公司认为，对现有船舶改装这种设计的螺旋桨也有极大的潜力，投资可得到快速回收，同时可减少污染。
Promas 概念螺旋桨
提高效率和满足新的环境挑战的另一种解决方案是Rolls-Royce Marine公司的Prom as概念。它的特色是螺旋桨的桨毂能使水流光顺地流向装有Costa舵球的扭曲舵。吸引人的是其推进效率可提高6%，这种技术对于中小型船舶和化学品运输船特别有吸引力。
光顺螺旋桨流入带扭曲导边舵的水流，可以回收漩涡能量，并消除毂涡。扭曲程度不是固定的，应适合于螺旋桨的旋转方向。螺旋桨桨叶上的负荷也可以重新分布，以达到更高的效率，同时降低噪声和振动。压力脉动的实际减少预计平均约为25％。
在正常转舵时，失速临界角可减小3～4度，而在机动操纵时可提供较大的角度和较高的升力，并限制舵的空化现象。因此，可减小普通舵的面积，在低速时产生15％的额外侧向力。一个光顺的盖帽有助于产生更好的水流和减少损耗。
Rolls-Royce声称，安装Promas后，船东可以在2年内收回成本。正在研究的1艘载重量为8000dwt的普通化学品运输船或成品油船，方形系数为0.81，服务航速计划为15kn。考虑3种不同的舵扭曲，舵对功率的需求可减小6.5％～9.5%，且船体仅需较小的导流鳍。如果需要，船东还可要求在舵上装臵襟翼。
如果需要，现有船舶也可改装成套Promas装臵。对载重量约在40000dwt/50000dwt 以下的单螺旋桨油船（及散货船），不论是新建船舶还是在航船舶．此概念都显示出较好的远景。
螺旋桨图谱课程设计天津大学仁爱学院 姓名：陈旭东 学号：6010207038 专业：船舶与海洋工程 班级：2班 日期：2013.6.30
螺旋桨图谱课程设计 一．已知船体的主要参数 船 型：双机双桨多用途船 总 长: L=150.00m 设计水线长: WL L =144.00m 垂线 间长: PP L =141.00m 型 深: H=11.00m 设计 吃水: T=5.50m 型 宽: B=22.00m 方形 系数: B C =0.84 菱形 系数: P C =0.849 横剖面系数: M C =0.69 排水 量: ?=14000.00t 尾轴距基线距离: P Z =2.00m 二．主机参数 额定功率: MCR=1714h 额定转速: n=775r/min 齿轮箱减速比: i=5 旋向: 右旋 齿轮箱效率: G η=0.97 三．推进因子的确定 伴流分数 ω=0.248 ;推力减额分数 ; t=0.196 相对旋转效率 R η=1.00 ;船身效率 ;H η=11t ω --=1.0691 四．可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备为10% ，轴系效率S η=0.97 ，螺旋桨转速N=n/i=155r/min 螺旋桨敞水收到马力：D P = 1714 * 0.9 * S η*R η*G η =1714 * 0.9 * 0.97*1.00*0.97 =1451.43 (hp) 根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的P B δ-图谱列表计算如下：
项目 单位 数值 假定航速V kn 11 12 13 A V =(1-ω)V kn 8.27 9.02 9.78 0.5 2.5/P D A B NP V = 30.024 24.166 19.742 P B 5.479 4.916 4.443 MAU4-40 δ 65.4 59.732 54.377 P/D 0.692 0.728 0.764 0η 0.613 0.632 0.66 TE P =2D P ×H η×0η hp 1902.4 1961.38 2048.28 MAU4-55 δ 64 58.2 53.535 P/D 0.738 0.778 0.80 0η 0.588 0.614 0.642 TE P =2D P ×H η×0η hp 1824.83 1905.61 1992.41 MAU4-70 δ 63.3 57.4 52.8 P/D 0.751 0.796 0.842 0η 0.565 0.582 0.607 TE P =2D P ×H η×0η hp 1753.45 1806.21 1883.79 根据上表中的计算结果可以绘制TE P 、δ、P/D 及0η对V 的曲线，如图1所示。
船舶螺旋桨螺距及拱度的优化设计研究 2010年6月11日 摘要 基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序，利用iSIGHT软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距及拱度的优化设计研究，并对设计结果进行粘流CFD计算验证。以某集装箱船螺旋桨为母型桨，保持其原有的径向负荷分布形式，指定不同的弦向负荷分布形式，采用上述方法进行螺距及拱度的优化设计（桨叶其它参数与母型桨相同）。CFD计算表明，通过指定适当的负荷弦向分布，可以在保证效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀，从而推迟桨叶空化。 关键词：船舶、舰船工程；螺旋桨；优化；设计；升力面理论；CFD 0引言 随着船舶向大型化、高速化发展，对螺旋桨的综合性能要求日益提高。现代船舶螺旋桨设计在追求高推进效率的同时，还必须在复杂的船尾流场中尽量推迟乃至避免空化的发生，从而降低螺旋桨诱发的船体振动及噪声。为了满足这些相互制约的要求，螺旋桨优化设计方法的研究日益受到船舶工程界的重视。 传统的螺旋桨设计方法分为图谱设计和理论设计两大类，前者无法直接用于适伴流及大侧斜桨的设计，后者可分为升力线、升力面及面元方法等，能够处理伴流及侧斜问题，但对负荷面分布形式的处理比较单一，应用也不够广泛。近年来，优化方法在螺旋桨设计中的应用研究开始出现，性能计算采用系列桨性能试验回归公式或升力面、CFD等数值方法，优化采用遗传算法、序列二次规划法、DOE方法等，优化目标包括推力、效率、激振力或其组合，但尚未形成比较成熟的体系，与工程应用的要求也有较大距离。 Benini开发了基于遗传算法的系列螺旋桨多目标优化方法，采用试验数据的回归公式计算敞水性能。以敞水效率和推力最大化为目标、Keller空泡限界公式为限制条件，对B
目录 13000DWT近海散货船全船说明书 (2) 1船型、航区及用途 (2) 2 载货量及积载因素 (2) 3 船级 (2) 4 主要尺度及性能 (2) 4.1 主要尺度及船型系数 (2) 4.2航速与续航力 (2) 4.3 船员定额 (2) 5 舱容 (3) 6总布置 (3) 7船体结构 (3) 8 船舶主要要素的确定 (3) 8.1 概述 (3) 8.2 确定要素的步骤 (4) 8.3 初估排水量 (4) 8.4主尺度的确定 (4) 8.5 载重量的计算 (5) 3.4 性能校核 (6) 9 总布置设计 (8) 9.1 概述 (8) 9.2 总体规划 (9) 9.3 主船体舱室划分 (9) 9.4 上层建筑 (10) 9.5 双层底 (10) 9.6 舱室及交通路线的布置（参见总布置图） (11) 9.7 纵倾调整.................................................................................................... 错误！未定义书签。
13000DWT近海散货船全船说明书 1船型、航区及用途 本船为钢质、单甲板、艉机型、柴油机驱动的海上散货船；近海航区；主要用于运输煤。本船航行于青岛港至上海港之间。 2 载货量及积载因素 本船设计载货量为13000t,积载因素不小于1.25 3 船级 本船按“CCS”有关规范入级、设计和建造，入级符号为：★CSA★CSM，Bulk Carrier,R1,BC-C。 4 主要尺度及性能 4.1 主要尺度及船型系数 垂线间长139.00m 型宽19.80m 型深10.7m 方形系数0.833 梁拱0.35m 站距7.0m 4.2航速与续航力 在设计吃水时，主机额定功率为2648千瓦，满载试航速度为12kn，续航力为5000 n mile，自持力为30天。 4.3 船员定额
2012年10月 船舶设计系统介绍
?瑞典KCS公司的Tribon船舶CAD软件?美国PTC公司的CADDS5软件?法国达索公司CATIA ?西班牙Foran ?澳大利亚Maxsurf船舶设计软件 ?加拿大ShipConstructor船舶建造软件? 芬兰纳帕有限公司NAPA船舶设计系统 船舶设计系统概览
专用船舶设计软件系统特点 ?以某船舶设计公司自有系统发展而来 ?仅在船舶行业应用 ?系统集成了该公司对船舶设计方法及业务过程的理解 ?对典型的船舶设计过程尤其是其母公司的产品类型有很好的支持 ?一般将船体信息保存在专用数据库中 ?单一系统覆盖整个船舶设计过程，包括数据管理及CAD环境 ?其CAD环境是为船体定义及渲染服务的，CAD本身的建模功能严格受限于船体的特征类型
?优势 –专业性强 –数据存储一致 ?弱势 –CAD 渲染功能较差–运动仿真功能弱 –开放性差，二次开发受限 – 设计过程受限于软件本身所提供的业务过程及操作方法，不利于设计创新 专用船舶设计软件系统优势与不足
?瑞典KCS 公司的Tribon 船舶CAD 软件?美国PTC 公司的CADDS5软件?西班牙Foran ?澳大利亚Maxsurf 船舶设计软件 ?加拿大ShipConstructor 船舶建造软件? 芬兰纳帕有限公司NAPA 船舶设计系统 专用船舶设计软件系统代表
通用软件系统中的船舶模块组合概述?软件系统本身并不仅仅针对船舶行业 ?软件系统的全部功能是覆盖多个行业所需功能的全部超集 ?针对船舶行业，这些软件系统有相应的一系列模块组织，用于完成船舶行业各过程所需操作，但这些模块自身可能不仅仅限于船舶行业应用 ?通过系统的组合与模块的组合，实现对船舶行业过程的整体性支持 ?几何模型信息存储在软件自身CAD文件中而非数据库中 ?通过与PDM系统的结合，形成对船舶行业整个过程的支持。PDM实现过程管理与数据管理，CAD完成船舶设计建模
船用螺旋桨的设计关键分析 船、机、桨系统中，船体是能量的需求者，主机是能量的发生器，螺旋桨是能量转换装置，三者之间是相互紧密联系的，但同时又要遵从各自的变化特性。 1.螺旋桨 民用船使用的图谱桨，一般以荷兰的B型桨和日本的AU桨为主。AU桨为等螺距桨、叶切面为机翼型；B型桨根部叶切面为机翼型、梢部为弓形，除四叶桨0.6R至叶根处为线性变螺距外，其余均为等螺距，桨叶有15°的后倾。为便于设计方便，由．KT、KQ——J敞水性征曲线图转换为BP一δ图谱。 桨与船体各自在水中运动时，都会形成一个水流场。水流场与桨的敞水工作性能和船的阻力性能密切相关。当桨在船后运动时，2个原本独立的水流场必然会相互作用、相互影响。船体对螺旋桨的影响体现在2个方面：（1）伴流。由于船尾部螺旋桨桨盘处因水的粘性等因素作用，形成一股向前方向的伴流，使得螺旋桨的进速小于船速。（2）伴流的不均匀性。船后桨在整个桨盘面上的进速不等(在实用上可取相对旋转效率为1)。 2.螺旋桨对船体的影响 由于螺旋桨对水流的抽吸作用，造成桨盘处的水流加速，由伯努利定律可知，同一根流线上，水质点速度加快，必然会导致压力下降，从而造成船的粘压阻力增加。也就是桨产生的推一部分用于克服船体产生的附加阻力。 如果用伴流分数ω表征伴流与船速的比值，用推力减额t表征船体附加阻力与船体自身阻力的比值。那么，敞水桨与船后桨的差别就在于一个船身效率(1一t)／(1一ω)从中可以看出，伴流分数ω越大、推力减额t越小，则船身效率越高。 从螺旋桨图谱可以看出，横坐标的参数为√BP或BP。BP称为收到功率系数(或称为载荷系数)，其值为：BP=NPD0.5 /VA2.5式中：N为螺旋桨转速；PD为螺旋桨敞水收到功率；VA为螺旋桨进速。 BP值越小，对应的螺旋桨敞水效率越高；反之，则螺旋桨效率越低。从个体因素来讲，N值和PD0.5 /VA2.5值越小，BP 值就越小。PD和VA参数有联动关系，在相对低速的范围内，PD值变大、BP值变小；在相对高速的范围内，PD值变大、BP值也变大。这取决于船的阻力特性。 实际船螺旋桨设计时，还要考虑以下的先决条件：螺旋桨直径有无限制、船舶航速的具体要求。 一般情况下，螺旋桨设计工况都对应船舶满载航行的状态，在该航行状态下，主机发出预定功率、螺旋桨效率达到最佳，船、机、桨匹配理想。但如果设计参数选择不当，就会造成螺旋桨产生“轻载”或“重载”的现象，“轻载”是指螺旋桨达到设计转速后，不能充分吸收主机的转矩，主机发不出预定功率；“重载”是指螺旋桨还未达到设计转速时，主机转矩已达到最大值，主机同样发不出预定功率。 螺旋桨设计产生“轻载”还是“重载”现象，主要取决于2个方面：(1)伴流分数ω、推力减额t取值是否正确。(2)船舶阻力计算的误差。 如选取的伴流分数ω大于船后实际值，则螺旋桨不能吸收预定的功率和发出要求的推力，从而无法达到预定的航速，螺旋桨处于“轻载”状态；反之螺旋桨处于“重载”状态。
船用螺旋桨的设计原 理
船用螺旋桨的设计原理 摘要：螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。船在水面或水中的航行时遭受阻力，为了使船舶能保持一定的速度向前航行，必须供给船舶一定的推力，以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠专门的装置或机构通过吸收主机发出的能量并把它转换成推力而得，而这种专门吸收与转换能量的装置或转换能量的装置或机构统称为推进器。推进器种类很多，例如风帆，民轮，直叶推进器，喷水推进器及龙叶螺旋桨等，螺旋桨构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高，是目前应用最广的推进器。 结构组成 螺旋桨俗称车叶，通常由桨叶和浆毂组成。螺旋桨与尾轴连接部分叫浆毂，浆毂是一个锥形体。为了减小水的阻力，在浆毂后端加一整流罩，与浆毂形成一光顺流线形体，称为毂帽。 螺旋桨在水中产生推力的部分叫桨叶，桨叶固定在浆毂上。普通螺旋桨常为3叶或4叶，2叶螺旋桨仅用于机帆船或小艇上，近年来有些船舶（如大吨位大功率的油船），为避免震动而采用5叶或5叶以上的螺旋桨。 由船尾向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂连接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时先入水的一边称为导边，另一边称为随边。螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨迹称为梢圆。梢圆的直径称为螺旋桨直径，以D表示。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积以Ao表示，可用下式表示它们之间的关系：Ao=πD2/4。 结构计算要素 1）螺旋桨直径：首先考虑与尾型和吃水的关系，在绘制船体线型时，已基本决定了螺旋桨的轴线位置和可能的最大直径。从尾型和吃水条件看，普通船舶的螺旋桨直径大约在下列范围：单桨D=(0.7~0.8)Tw;双桨D=(0.6~0.7)T w. 式中Tw为船舶满载时的船尾吃水。只要螺旋桨直径未超过尾型和吃水条件的限制，就可以通过设计图谱求得敞水效率最佳的螺旋桨直径。但是由于船后伴流不均匀性的影响，敞水最佳直径与船后最佳直径略有差别。随着伴流不均匀的程度，最佳直径应有不同程度的减小：单桨所处的位置的伴流不均匀性较大，最佳直径要减3~5%；双桨所处的位置伴流比较均匀，最佳直径约减少2~4%。 2）盘面比：若螺旋桨的直径、螺距、转速和叶数均相等，则推力和转距均随盘面比的增加而增大。但盘面比大时，翼栅作用较甚，桨叶的摩擦阻力也较大，螺旋桨的效率就较低。盘
开题报告 船舶与海洋工程 可调螺距螺旋桨的优化设计及制造 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 螺旋桨在很早之前就已经被人们当做一种船用推进器，经过多年的开发研究，现在的螺旋桨被开发了很多个系列。按螺旋桨安装位置的不同可以分为首推.尾推.侧推。按照螺旋桨的螺距调节性可以分为可调螺距螺旋桨和固定螺旋桨。 可调螺距螺旋桨作为一种新兴的推进器，以其自身的优点已经慢慢变成了一种主流的推进器。可调桨技术来源于国外，世界知名的推进器制造商有：瑞典的卡梅瓦(KAMEWA)、芬兰的瓦锡兰（WASILTA）、德国的肖特尔（SCHOTTEL）、挪威的博格（BERE）。卡梅瓦的调距桨技术全世界首屈一指，“Aquamaster”是其旗下世界知名的全回转舵桨品牌，现在卡梅瓦被英国罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）兼并，但是人们一直对“卡梅瓦”津津乐道，当初卡梅瓦是世界上生产调距桨最大的公司，根据生产卡普兰水轮机的经验，该公司从1937年即生产出第一台船用调距桨，全球多家公司均引进卡梅瓦专利进行生产，如日本三菱公司、美国伯德.约翰逊公司等。肖特尔的产品有可调桨、侧向推进器、舵桨、喷水推进器等，其SRP舵桨是世界第一品牌。瓦锡兰不但生产推进器，还是世界上最著名的柴油机制造商，兼并了荷兰的列泼斯（LIPS）推进器，列泼斯是专门生产推进器的厂商，创立于1928年，是世界上从事调距桨生产较早的公司之一，在日本、法国、美国、意大利、西班牙、加拿大等地均有该公司子公司或制造商，其产品涵盖侧推、调距桨、定距桨、舵桨、喷水推进器等，并入瓦锡兰后其推进器品牌仍为LIPS。 在国内，可调螺距螺旋桨的发展与研究也已经越来越受人们的重视，其中主要的设计制造单位有前进马森船舶传动有限公司，镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司，南京高精传动设备制造集团有限公司等 鉴于国内可调螺距螺旋桨的蓬勃发展，国内对可调螺旋桨的研究迫在眉睫，各大螺旋桨生产商不是自行花大力研究，就是向国外购买一些比较成熟的技术，真的可以说是无所不用其极，努力发展可调螺旋桨的技术，即便如此，国内可调螺旋桨的技术还
Maxsurf 的中文使用手册 （版权所有） Formation Design Systems Pty Ltd 1984-99 授权与版权 Maxsurf程序 Ｍaxsurf 的使用权作为一个单用户权利由本公司授予购买该软件的用户。本程序不允许同时在一台以上机器上运行，只有在用户保证对所有备份文件拥有所有权时才允许以备份为目的拷贝此程序。 Maxsurf用户手册 1990～1999 Formation Design Systems保留所有权利，未经许可，本出版物的任何部分均不允许以任何形式和任何目的进行复制、传播或翻译。Formation Design Systems保留修订及改进的权利，本出版物仅描述其出版时的内容，并不反映未来产品情况。 责任声明 任何因购买或使用该软件及其资料而造成的特殊、直接、间接的损害，包括但不仅限于服务中止，业务和期望利益的丢失，Formation Design Systems及作者均概不负责。任何Formation Design Systems的子公司，代理商或雇员没有对这些保证进行修改、扩充或增加的权利。
目录 授权与版权 (2) 目录 (3) 有关说明 (4) 第一章简介 (5) 第二章基本原理 (6) 第三章快速入门 (8) 第四章Maxsurf应用 (24) 曲面 (41) 控制点 (54) 参数转化 (78) 数据输出 (79) 第五章Maxsurf 索引 (85) 工具栏 (86) 菜单 (87) 附录Ａ绘图 (101) 附录Ｂ数据输出 (103) 附录Ｃ曲面算法 (106) 附录Ｄ命令键 (111) 附录Ｅ平台间的文件传送 (112)
课程设计成果说明书 题目：散货船螺旋桨设计 学生姓名：杨再晖 学号：101306119 学院：东海科学技术学院 班级：C10船舶1班 指导教师：应业炬 浙江海洋学院教务处 2013年 6月 21日
浙江海洋学院课程设计成绩评定表 2012 —2013 学年第 2 学期 学院东海科学技术学院班级 C10船舶1班专业船舶与海洋工程
摘要 螺旋桨是船舶的重要组成部分之一，没有它，船舶就无法快速的前行，是造船行业必备的推进部位。螺旋桨设计是船舶设计过程中有关船舶快速性性能设计的重要组成部分，它的设计精度将直接影响船的推进效率。 在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。在此基础上，设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又要使消耗的主机功率小；或者当主机已选定，设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨，本次课程设计属于第二种。 影响螺旋桨性能的因素有很多，主要有螺旋桨的直径，螺距比，盘面比，桨叶轮廓形状等因素。本次课程设计是用船体的主要参数、主机与螺旋桨螺旋桨参数、设计工况算出以上数据，设计一个螺旋桨，并用CAD软件画出螺旋桨的外形。 关键词：螺旋桨设计；图谱；AUTOCAD
目录 1、已知船体的主要参数 (1) 2、主机与螺旋桨参数 (1) 3、设计工况 (1) 4、按船型及经验公式确定推进因子 (2) 5、可以达到最大航速的计算 (2) 6、桨叶空泡校核，确定螺旋桨主要参数 (4) 7、桨叶强度校核 (6) 8、螺距修正 (8) 9、重量及惯性矩计算 (8) 10、绘制螺旋桨水动力性能曲线 (9) 11、系柱特性与航行特性计算并绘制航行特性曲线图 (10) 12、航行特性计算时取3挡转速按下表进行： (11) 13、螺旋桨计算总结 (13) 14、感想 (14) 15、参考资料 (14)
基于ANSYS的船用螺旋桨模态分析与优化设计 利用UG软件对船用螺旋桨模型进行处理，并用ANSYS有限元仿真软件分析其模态振型，首先分析无支撑情况下螺旋桨单叶片的模态振型，提取振幅最大模态。设计支撑方案，确定支撑位置并进行约束模态分析，结果显示螺旋桨单叶片频率有所提高，增加了加工刚度，最后确定优化的支撑方案，显著提高了螺旋桨的刚度，减小各阶模态的振动位移，对实际加工具有重要意义。 标签：ANSYS有限元分析；螺旋桨模态分析；优化设计 Abstract：The model of marine propeller is processed by UG software，and its modal mode is analyzed by ANSYS finite element simulation software. Firstly，the modal mode of single blade of propeller without support is analyzed，and the maximum amplitude mode is extracted. The results show that the frequency of single blade of propeller is increased and the machining stiffness is increased. Finally，the optimized bracing scheme is determined，and the stiffness of propeller is improved significantly. It is of great significance to reduce the vibration displacement of each mode for machining. Keywords：ANSYS finite element analysis；propeller modal analysis；optimal design 螺旋槳是舰船的主动力装置，其设计与制造精度直接决定舰船运行性能。目前，螺旋桨的设计技术我国已达到领先水平，但是加工制造技术还存在较大差距。我国对于船用螺旋桨现阶段的加工一直采用手工打磨的方式，其工作环境差，对工人的身体有很大损伤，并且效率低下，精度也难以控制。为了解决这一问题，我国一些学者正在研究利用机器人进行螺旋桨铣削加工的工艺系统，其具有较多的优势。研究发现，铣削加工中的振动一直是影响加工质量的主要因素，所以，针对螺旋桨的振动模态分析是研究的重点内容。本文主要利用有限元分析软件ANSYS对一种型号的船用螺旋桨进行模态振型分析，通过施加约束条件分析使用支撑时的模态变化，寻找优化的支撑方法。 1 模型处理 利用三维建模软件UG对现有的螺旋桨设计模型进行简单处理，避免在后续有限元分析时遇到的一些问题。如图1所示为螺旋桨的设计模型，直径3300mm，在叶梢位置由于建模方法的原因，存留有没有闭合的曲线，对后续有限元的网格划分会带来影响，所以，利用一直径为3290mm的同心圆柱面截取设计模型，截去叶梢的尖角部分，对模型整体模态的影响可以忽略不计，处理如图2所示。另外，根据螺旋桨的结构特点，靠近桨毂部分结构较复杂，靠近叶梢部分结构简单，所以为了在后续的单元划分时保证较高精度的同时又花费较少时间，在模型处理时将螺旋桨分割为两部分实体，一部分是包含桨毂，另一部分包含叶片。最后将处理完成的模型导出x_t格式文件，以便ANSYS软件导入。
20000T近海散货船设计 设计任务书 本船为钢质、单甲板、艉机型国内航行海上散货船。常年航行于沿海航线，属近海航区；主要用于干散货运输。本船设计载重量20000t，积载因素经调研确定。按“CCS”有关规范入级、设计和建造。并满足中华人民共和国海事局有关国内航行海船的相关要求。满载试航速度不低于11 kn，续航力5000 n mile。 第一部分主尺度的确定 主要内容： 1.根据有关经验公式及图表资料初步确定船舶主尺度 2.通过重力与浮力平衡来调整船舶主尺度 3.主要性能的估算 4.货舱舱容的初步校核 1.初步确定船舶主尺度 船舶主尺度主要是指船长L（一般是指垂线间长L pp)、型宽B、型深D和设计吃水d，通常把方形系数及主尺度比参数也归为主尺度范围。 1.1 船长L 由统计公式（5.3.2）散货船（10000t
1.5基本干舷的校核 保证船舶具有足够的干舷一方面可以保证有一定的浮力，另一方面可以减少甲板上浪。如果干舷太小，航行中甲板容易上浪，从而造成的后果是船舶的重量增加，重心升高，初稳性降低，并可能冲坏甲板上的某些设备，也影响船员作业和人身安全。干舷的大小直接关系到船的储备浮力，如果甲板上浪来不及排掉，或者船体开口的封闭设施被破坏而导致海水灌入船体，此时如储备浮力不足，就容易下沉，所以发生沉没或倾覆，所以保证船舶具有足够的干舷很重要。 国际规定船舶都必须满足所规定的最小干舷。这里只进行基本干舷的计算，因为这是初步校核干舷是否满足，而且对基本干舷的修正值一般相对基本干舷都很小。 查表2.2.4 该船基本干舷是2.396m<3.1m(12-8.9),（这里也没计入甲板厚度），初步校核满足干舷的要求。 1.6排水量的初步估算 △=kpC B LBd=1.003×1.025×0.803×154×22.5×8.9=25458t 1.7空船重量L W的估算 空船重量通常将其分为船体钢料重量W H、舾装重量W o和机电设备重量W M 三大部分，即 LW= W H + W o +W M （1）W H的估算 散货船W H的统计公式（3.2.11）和（3.2.8） W H =3.90KL2 B（C B +0.7)×10-4 +1200 K=10.75-[(300-L)/100]3/2 W H =4010t （2）W o的估算 由统计公式（3.2.23）及图表3.2.5 W o=K B L查图3.2.5K=2.3得 W o=797t （3）机电设备重量的估算W M 根据统计，机电设备重量可以近似地按主机功率的平方根（P D0.5）的关系进行换算。对于主机为柴油机的机电设备重量W M可用下式初估 W M=C M（P D/0.735）0.5 主机功率可以用海军系数发估算。海军系数 C=△2/3v3/P 根据母型船可以算得海军系数C，从而可以估算出主机功率。 型船资料-海船系数如表
领先的3D造船软件FORAN及其应用 作者：通力有限公司宋英杰 提要：采用先进的3D造船软件并逐步深化其应用，已是国内造船行业的趋势，本文就大型 3D造船软件FORAN的功能特点和应用价值进行了概括的阐述，并就国内船舶设计单位和造船厂应用FORAN软件提出了初步建议。 主题词：FORAN 造船设计 1. 当前船舶设计的发展趋势和软件应用中的主要问题 计算机辅助设计（CAD）技术可以提高船舶设计的效率和质量，已经成为国内造船行业的共识，国内多数骨干研究所和造船厂已经较大范围应用了国际先进水平的3D造船软件，具有代表性的软件是Tribon和CADDS5，经过多年的经验积累和二次开发，应用水平达到了一定的高度，获得了一定的效益，目前正在扩大应用范围；在许多尚未采用3D船舶设计软件的设计单位和造船厂，也已经认识到3D软件的重要性，正在进行软件的策划和考察，以期尽早升级到3D软件上，提高设计水平和竞争能力。 在国际造船业激烈竞争的环境下，我国造船业提出了用15年左右的时间成为世界第一造船大国和造船强国的战略目标。但目前我国造船行业在设计能力、建造模式、船舶质量、交船周期等方面还有差距，需要逐步提高，尽快赶上世界先进水平。 采用先进的造船模式无疑是实现以上目标的关键。国内造船业多年来推行的“转模”工作，使船舶企业各级领导和管理者形成了一定要搞转模的共识，先进的造船模式是提高造船竞争力的必由之路，是科技进步的重要课题，也是实现制度创新和技术创新的切入点。 作为首要的支撑技术，采用符合先进理念的设计软件、提高设计水平则是保证转模工作成功的极为重要的环节。三维产品建模使多用户环境下的船舶设计与建造更加集成化，这意味着如下特征： ?设计人员在一个完全交互的三维图形环境下工作； ?结构和舾装可以平行设计； ?船体外表面、甲板以及舱壁的信息能随时供正在使用该产品模型的设计人员调用； ?在船上某个分段区域的设计人员，可以了解到其他分段区域的信息，不管相邻与否； ?某个分段外舾装的设计人员可以使用产品模型中船体结构中最新的信息； ?最后制造出图时，比如平面制图、管道图以及透视图等，可以自动参照船体外板、甲板、舱壁、框架形式以及任何船舶构件； ?设计人员可以在船厂预先设定的工作目录中选择钢板、型钢以及舾装件； ?设计人员之间可进行数据交换，远程用户之间可同时参与一条船的设计。 三维产品建模让设计者使用这条船的同一个模型，从早期的初步设计一直到建造，有助于整个设计过程中数据的前后一致性。产品模型的优点有以下这些：减少设计时间、减少沟通环节、增强效率、更早的干涉检查、更容易修改、设计错误的大量减少、设计信息的主要来源以及给予产品的可利用性。这种技术还可以包括专家系统以及人工智能。 在船舶设计中，当前的主要发展趋势为： ?使设计模式满足现代造船模式的要求，与生产模式保持一致，提高船舶建造的生产率和质量； ?采用并行工程，缩短设计周期，从而加快交船周期； ?提高设计质量，节约材料和工时，减少设计修改，从而提高质量、降低成本； ?建立船舶产品的全3D数据库，为产品数据管理、生产管理、物流管理等系统提供
浅谈船舶螺旋桨的设计 目录 目录 (1) 2 摘要 ...................................................... 关键词 (2) 引言 (2) 1结构与计算要素 .......................................... 1.1结构组成 ............................................ 1.2计算要素 ............................................ 2项目设计过程及结果与分析 ................................ 2.1船体估算数据 ....................................... 2.2螺旋桨要素选取及结果与分析 .......................... 2.3推力曲线及自由航行计算及结果与分析 .................. 2.4计算总结 ............................................ 2.5螺旋桨模型的敞水实验 ................................ 3螺旋桨设计的发展 ....................................... 3.1节能减排促使螺旋桨加快创新 ......................... 结束语 ................................................... 3 3 3 5 6 6 7 9 9 11 11 13 14 14 14 参考文献 ................................................. 致谢 ..................................................... 附录 .....................................................
船后伴流场预报及考虑空泡性能的螺旋桨优化设计研究 随着造船、航运业的发展,船舶的安全、节能、环保等性能越来越受到重视。作为目前最常用的推进装置,螺旋桨对船舶性能的影响很重要。 由于伴流场的非均匀性,螺旋桨旋转一周过程中其桨叶会以不同的攻角与来流相遇,容易使桨叶上产生空泡。螺旋桨空泡不仅会对桨叶产生剥蚀作用,还会产生噪声及引起尾部振动。 近年来,一方面船舶不断向大型化发展,而船舶吃水受港口、航道水深的限制,螺旋桨直径不能过分增大,于是导致螺旋桨负荷加重;另一方面,肥大型船得到广泛应用,其伴流场均匀性变差,螺旋桨的工作环境恶化。这两方面的原因使出现空泡、振动现象的可能性大为增加。 因而在现代船舶的螺旋桨设计过程中兼顾效率和空泡、振动等性能非常必要。本文针对螺旋桨水动力性能和空泡性能预报及其优化设计问题,开展了以下三方面的研究工作:一、基于CFD方法的船尾伴流场数值预报。 由于船尾伴流场对螺旋桨性能有重要影响,有必要对伴流场的影响因素进行研究。本文以某集装箱船为研究对象,采用前处理软件GMS进行线型建模,并在NAPA软件中进行线型参数化变换,然后采用CFD软件PARNASSOS求解船舶尾部伴流场,并与船模试验结果相比较以验证计算的准确性。 通过对不同方形系数、船体长宽比和尾部UV度等参数的尾部伴流场的研究,探明这些参数变化对伴流场的影响趋势。二、基于支持向量机和遗传算法的螺旋桨敞水性能优化。 由于图谱法设计螺旋桨简便实用,而且可为理论设计方法提供参考,本文首 先建立基于图谱的螺旋桨敞水性能优化设计方法。以敞水效率为优化目标,空泡
限界线为约束条件,进速系数、螺距比和盘面比为优化变量建立均匀流场中螺旋桨性能优化模型;采用支持向量机预报螺旋桨水动力性能,采用遗传算法求解优化模型。 通过将优化结果与商业软件CSPDP以及文献中的计算结果相比较,验证了本文方法的有效性,为非均匀流场中螺旋桨性能优化打下了基础。三、基于升力面法的非均匀流场中螺旋桨性能优化。 非均匀流场中螺旋桨性能预报的方法有升力线法、升力面法、面元法和计算流体动力学(CFD)方法。虽然CFD方法通常比其他方法的精度要高,但是对计算机硬件的要求也较高,计算效率相对较低,不适用于大量算例的计算。 为了兼顾计算效率和预报精度,本文采用升力面程序ANPRO预报螺旋桨的水动力性能和空泡性能。预报结果与试验观测结果的比较表明升力面法可以预报空泡范围变化的趋势。 在此基础上,分别以螺旋桨效率和空泡范围为优化目标,以不同半径处的螺距和拱度为优化变量,建立了优化模型并采用遗传算法进行求解。优化前后的性能对比表明,本文提出的方法可以在一定的螺旋桨效率下优化空泡性能或者在一定的空泡性能下优化螺旋桨效率。
我国年造船产量占世界造船总产量的份额和名次已由世界第17位跃居世界第3位，仅次于日本和韩国。预计到2005年，中国年造船产量可迄650万吨以上，在世界造船市场的份额也将提高到15％。但目前，我国整体造船水平大致相当于国际二十世纪80年代末、90年代初的水平，船型开发与设计满足不了开拓市场的需求。不少技术复杂的船，包括超大型集装箱船、大型液化石油气、天然气船、豪华旅游船等尚处于开发阶段。 工欲善其事，必先利其器。随着船舶不断向大型化、复杂化方向发展，利用先进的计算机技术，提高设计水平，缩短设计周期，设计出经济、高附加值的船舶已相当普及。目前，国际上常用的船舶设计软件有如下几种： Tribon Tribon系统是由瑞典KCS(Kockums Computer System AB)公司设计开发的一套用于辅助船舶设计与建造计算机软件集成系统。Tribon集CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)与MIS (信息集成)于一体，并覆盖了船体、管子、电缆、舱室、涂装等各个专业的一个专家系统。总体上Tribon系统可分为船体设计、舾装设计、系统管理及维护三大部分。该软件是一个出色的集成系统，也是一个庞大的系统(系统程序约500 MB)，它具有许多其他系统所不具备的优点。Tribon推出的新版本较过去添加了很多新的功能，如在设备选择、合同设计等方面的功能。 我国使用该设计软件系统的公司有：广船国际股份有限公司、江南造船（集团）有限公司等。对我国的用户来说，该软件存在的缺点有：数据开放性不够，数据库系统自成一套与常用的数据库缺少接口等。 NAPA NAPA公司首次在船舶设计软件中采用3D技术，并在船舶初步设计和基本设计阶段提出了3D NAPA船舶模型的概念，这一概念己得到广泛认同。利用NAPA Steel设计师们可以在较短时间内迅速完成结构初步设计和重量、成本计算，生成可供送审的技术文件和图样，并根据需要生成结构有限元计算所需的网格模型。在NAPA于2003.1发布的版本中具有的最新的功能之一是提供了许多软件与NAPA Steel之间的接口，比如说Tribon Hull和Nupas -Cadmatic，以及其它一些典型的经常使用的船舶设计系统。其中与Tribon之间的接口可以实现：曲线的转换、表面的转换、图的转换等。 CADDS 5i CADDS 5i是PTC公司针对船舶、航空、航天行业推出的产品，空中客车、劳斯莱斯、波音公司BAE系统、洛克希德马丁、美国联防公司、中国的CSIC(中船集团)等约2000个客户已经成功地应用了这套解决方案。该产品在世界造船市场的份额也为15％。这个软件主要包括船体、管系、舾装、电力、空调通风系统等几大模块。船体模块主要进行船体结构辅助设计，可输入输出全部船体制造所需的数据。管系施装模块则提供了管系设计和制造所需的所有工具，包括3D管系布置。空调通风模块所提供的工具可支持开发大型HVAC(热力、通风与空调)系统及其结构的能力，并生成制造输出数据。电气系统模块提供的功能可支持船舶电气系统的开发，其中包括布线示意图、3D电缆通道网络、3D布线以及电缆通道支
某沿海单桨散货船螺旋桨 设计计算说明书 刘磊磊 2008101320 2011年7月
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 1.已知船体的主要参数 船长 L = 118.00 米 型宽 B = 9.70 米 设计吃水 T = 7.20 米 排水量 △ = 5558.2 吨 方型系数 C B = 0.658 桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米 由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下： 航速V （kn ） 13 14 15 16 有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 4045 2.主机参数 型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp 额定转速 N = 165 rpm 转向 右旋 传递效率 ηs=0.98 3.相关推进因子 伴流分数 w = 0.279 推力减额分数 t = 0.223 相对旋转效率 ηR = 1.0 船身效率 0777.111=--= w t H η 4.可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98 螺旋桨敞水收到马力： P D = 4762.8 hp
根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算： 项 目 单位 数 值 假定航速V kn 13 14 15 16 V A =(1-w)V kn Bp=NP D 0.5/V A 2.5 Bp MAU 4-40 δ P/D ηO P TE =P D ·ηH ·ηO hp MAU 4-55 δ P/D ηO P TE =P D ·ηH ·ηO hp MAU 4-70 δ P/D ηO P TE =P D ·ηH ·ηO hp 据上表的计算结果可绘制PT E 、δ、P/D 及ηO 对V 的曲线，如下图所示。
摘要 螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。影响螺旋桨推进性能的因素很多，在本设计过程中主要对螺旋桨的直径、螺距比、盘面比、桨叶轮廓形状等因素进行研究，并通过在工作中积累的经验，设计一艘内河A级拖船的螺旋桨。 关键词 螺旋桨直径螺距比盘面比桨叶轮廓形状 Abstract Propeller is a necessary promoting components of shipbuilding industry, which be used to providing thrust for ship moving. Its design precision will directly affect the forward speed of the ship. The propeller design the whole ship design is a vital part of the ship, it is to guarantee an important aspect of the swiftness. General propeller design is in preliminary finished ship lines design, and through the estimation or with model test method to determine the hull effective power after. Affect the propeller to advance performance in the many factors in the design process of the propeller diameter, mainly pitch than, than, disk blades factors such as profile, and through the experience in work, design an inland ship class A tug propeller Keywords Propellers diameter pitch of screws ratio pie area ratio paddle outline
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。