船舶螺旋桨毂帽鳍研究与进展
骆婉珍1，吴铁成2，孙瑜2
（1．集美大学轮机工程学院，福建厦门361021；
2．哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001）
摘要：螺旋桨毂帽鳍是在桨毂帽处安装整流鳍板的节能装置，具有结构简单、安装方便、故障可能性低以及造价低等诸多优点，并适用于旧船的改造，对提高船舶推进效率、减少船舶能耗有着积极的作用。本文整理归纳了国内外关于螺旋桨毂帽鳍研究工作的文献，并把这些研究按实验研究和理论预报两个部分进行介绍，并对今后的研究方向提出了一些观点。
关键词：螺旋桨；毂帽鳍；实验研究；理论研究
Studies and Advances of Marine Propeller Boss Cap Fin
LUO Wanzhen1, WU Tiecheng2, SUN Yu2
(1. Institute of Marine Engineering, Jimei University, Xiamen, 361021, China; 2. College of
Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin, 150001, China)
Abstract: The propeller boss cap fin is an energy-saving device which is installed an rectifying fin in the boss cap, it has the advantages of simple structure, convenient installation, hard to breakdown, and lower cost. It is suitable for transformation of old ships and can reduce the energy consumption. This paper summarizes the domestic and foreign articles about the research of propeller boss cap fin and divides these studies into two parts, one is experiment study, the other one is theory prediction, and also, we give some opinions about future research.
Keywords: propeller, boss cap fin, experiment study, theory study
1引言
近年来，我国船级社、研究设计院所、高等学校和船厂通过对中国船舶的EEDI指数计算验证。并与MEPC提供的Baseline比较得出，中国63%散货船的EEDI指数大于Baseline；57%集装箱船的EEDI指数超过Baseline；73%的共同规范(CSR)散货船超标[1]。2011年7月MEPC第62次会议上，正式通过《MARPOL73/78公约》附则Ⅵ修正案，确定了EEDI和SEEMP两项船舶能效准则。两项准则在2013年1月1日已经生效，2015年起强制执行[2]，EEDI指数超标的新设计船将不能通过船级社或IMO的审核，EEDI指数超标的运营船舶可能被强制报废或者无法进入国际航运市场。届时我国船舶工业将面临着巨大挑战与严重的订单影响。因此，船舶节能减排是一个需要重新搬到台面上并更加重视的一个方面。
螺旋桨毂帽鳍（Propeller Boss Cap Fins）作为重要的船舶附加水动力节能装置，是在1987年首先由日本大阪商船三井船舶株式会社等研制的，它是在桨毂帽处安装整流鳍板的一种节能装置[3]。毂帽鳍具有结构简单、安装方便、故障可能性低以及造价低等诸多优点，并且适用于旧船的改造。毂帽鳍的节能机理有
作者简介：骆婉珍，女，在读硕士研究生，主要从事新能源应用领域的研究。E-mail: luowanzhen@https://www.doczj.com/doc/f22676074.html,。
两点：第一点是当船舶运行时，通常在螺旋桨的毂帽附近，有一股较强的毂涡，毂涡所产生的阻力，致使螺旋桨的性能降低。在螺旋桨桨后加装毂帽鳍，对桨毂帽后的水流进行导流，使毂涡被扩散和减弱。因此，涡流对螺旋桨所引起的阻力就会减小，而螺旋桨的推力也就相应地增大。第二点是桨毂附近的流场，在PBCF处产生方向与螺旋桨旋转方向相同的转矩，使得桨轴上所需转矩减少，从而有利于提高螺旋桨效率[4-6]。毂帽鳍的节能效果较好，这个效果在较大毂涡、较大螺距的桨后更为明显，因此是一种不错的节能附体。
2 毂帽鳍实验研究
1986年，日本三井造船公司开发出与螺旋桨叶数相同而直径为其1/4的毂帽鳍，通过模型实验证实其节能效果。1991年，龚其福和周和玉[7]进行了PBCF的敞水实验研究，采用反向敞水实验法（即将桨轴及敞水箱置于螺旋桨上游的敞水实验），使用CP26型螺旋桨，并以螺旋桨效率为基础，对毂帽鳍的最佳参数进行研究。该试验所研究的参数有鳍板与螺旋桨的半径比（r/R），鳍板的安装角度（α），鳍板相对螺旋桨的位置（a，b），鳍板的倾斜角（γ），鳍板的截面形状以及鳍板的数量。图1为安装PBCF前后螺旋桨敞水性能的对比。然后将PBCF安装到11艘船舶上进行反复实验，所得结果与敞水实验存在一定差异，产生此种差异的原因除去尺度效应和流场因素外，还存在实船中PBCF的制造精度更高等因素。
图1PBCF对螺旋桨敞水性能曲线的影响
中船重工七○二研究所上海分部进行了50余型螺旋桨配毂帽鳍的模型性能实验[8]。实验观察图像如图2所示。实验结果表明毂帽鳍节能效果在2%以上，实船应用节能效果可达到3.0%—4.0%。该试验采用激光测速技术（LDV）成功测量了安装毂帽鳍前后螺旋桨的尾流场，得到了毂帽鳍对螺旋桨尾流场的改善效果的流场实验数据。
图2 毂帽鳍性能实验
上海708研究所对一艘60000吨散货船进行了模型自航实验，在较大的航速范围内安装毂帽鳍节能效果为3~5.5%。各种商船的平均节能效果大约为4%[9]。
Yuichi Tamura[10]等人对导管和毂帽鳍相结合的高性能螺旋桨进行模型实验，毂帽鳍模型如图3所示。实验结果显示毂帽鳍使导管桨的水动力性能提高7%以上。实验结果如图4所示。
图3 毂帽鳍模型图4 水池实验结果
2013年CAI Haopeng，MA Cheng[11]等人为了使PBCF获得更高的水动力节能效果，在模型试验中选取了两种方案，方案参数如表1所示，实验观察图像如图5所示。
表1 两种方案参数比较
方案参数方案A 方案B
螺旋桨直径（m） 5.5 5.5 叶数 3 3 （P/D)0.7R 0.8058 0.7865 （P/D)0.2R 0.7202 0.8601 面积比0.85 0.85
毂帽鳍
安装角（°）46 49 叶数 3 3 半径比（R鳍/R桨）0.28 0.28
图5 空泡观察结果
实验结果显示两种方案都能起到消除毂涡并提高螺旋桨的敞水性能的作用，其中在进速系数为0.44的情况下，方案A能将推进效率提高2.9%而方案B能达到4.1%。
另外，由MARIN开始的Joint Industry Project (JIP) [12]中对多种节能附体的尾部精细流场以及节能机理进行了探索研究，该试验采用了粒子图像测速技术（PIV），测量结果如图6所示。图中可以直观的看出桨中心毂涡部分的速度减小。
（a）螺旋桨（b）桨+预旋定子+毂帽鳍
图6 PIV测量结果
ITTC组织自第25届开始专门成立了精细流场测量研究组（detailed flow measurement），组织世界各国致力于流体力学基础研究的专家、学者开展对此问题的深入研究。
3 理论预报方法
对于吊舱推进器水动力性能的理论计算一般可分为两种，分别为基于势流理论的计算方法和基于粘性流的计算方法[13]。
3.1 基于粘性流的计算方法
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)形成于20世纪60年代中期，涉及经典流体力学、计算方法、数值分析、程序编制和资料处理等学科。将已知的流体动力学基本定律用数学方程进行描述，在一定的定解条件(初始条件和边界条件)下求解这些数学方程，从而模拟某个流体动力学问题或工程实际问题。
熊鹰[14]等人利用CFD进行了毂帽鳍对可调螺距螺旋桨效率的影响研究，通过改变毂帽鳍的形状来确定其最优参数，并且计算其桨毂部分的流线得到其节能机理，桨毂流线如图7所示。图中可以明显看出毂涡变小，螺旋桨旋转能量得到重新利用，从而使桨的效率增加。
（a）螺旋桨（b）桨+毂帽鳍
图7 螺旋桨桨毂处流线
Takafumi Kawamura等[15]通过模型实验和实船上的测量，发现不同雷诺数下的毂帽鳍对螺旋桨的影响不同，因此对船模和实船尺度下的PBCF进行水动力性能分析，其中图8为一片桨叶和一片鳍的计算域，图9为实船上的PBCF。
图8 一片桨叶和一片鳍的计算域图9 实船尺度下的PBCF
计算结果发现实尺度下的PBCF比模型尺度下更能提高螺旋桨的推力和效率，文章中认为导致该种情况出现的原因除了尺度效应还有船体和舵的干扰作用，桨表面粗糙度，毂涡空泡的影响，图10为毂帽表面的压力云图。
图10 为毂帽表面的压力云图
上海船舶运输科学研究所[16]基于CFD对桨-毂帽鳍-舵的水动力性能进行研究，分析了有舵和无舵情况下有无毂帽鳍时螺旋桨流场特点，并从能量的角度出发，考察了桨后尾流能量组成，计算结果表明毂帽鳍在有舵情况下的节能效果要低于无舵情况下的节能效果。图11为三种情况下桨后涡量分布云图。
（a）无舵无毂帽鳍（b）有舵无毂帽鳍（c）有舵有毂帽鳍
图11 桨后涡量分布云图
3.2 基于势流理论的计算方法
桨后节能附体水动力性能的理论研究同样可以用基于势流理论的计算方法，所采用的方法为升力线、升力面理论和面元法。由于CFD方法计算周期长，目前设计优化问题中仍以势流理论为主，CFD方法可用来检验设计结果。
哈尔滨工程大学苏玉民教授采用面元法对桨-毂帽鳍的水动力性能进行分析。在建立桨-毂帽鳍性能预报程序时，分别采用了将桨和鳍的速度势置于一个矩阵的直接求解方法和通过诱导速度考虑桨、鳍之间相
互干扰的迭代计算方法。建立的桨-毂帽鳍模型和面元法计算模型如图12。计算结果如图13所示。
图12 毂帽鳍模型及其面元法计算模型
图13 安装毂帽鳍前后螺旋桨效率的比较
伊朗Amirkabir科技大学的Hassan Ghassemi[17]以及他的学生采用面元法对螺旋桨以及安装毂帽鳍后的螺旋桨的水动力性能进行分析，面元法所建模型如图14所示。文章中讨论了毂径比，安装角，轴向安装位置等参数对螺旋桨水动力性能的影响。
图14 带有尾涡的PBCF模型
4 未来的研究趋势
4.1实验方面
（1）PBCF的水动力性能预报大多数是采用螺旋桨敞水实验，但实船实验中PBCF所提高的水动力性能要比敞水实验的要高。因此未来进行实验测量时应多采取船模自航实验，使PBCF所处伴流场要更接近实际情况。
（2）导管和毂帽鳍的节能附体组合已经通过实验得到证明，而且毂帽鳍的安装也十分简便，因此应把毂帽鳍和多种节能附体进行组合并加以验证，这对于提高船舶推进效率有十分重要的意义。
（3）螺旋桨尾部精细流场的观察是研究推进器水动力性能的有效手段，然而国内水下图像粒子测速技术（PIV）还不成熟，这方面的实验研究应该重点进行。
4.2理论计算方面
（1）与实验研究一样，CFD所计算的PBCF水动力性能都是敞水条件下的，结果无法显示出实际情况的节能效果，以后应尽量将PBCF模型置于船尾进行计算。
（2）鳍板与螺旋桨的半径比，安装角度，相对螺旋桨的位置，倾斜角，截面形状以及数量等参数都进行了计算，在螺旋桨毂帽鳍几何参数优选方面仍然需要很多的工作。
5 总结
在螺旋桨水动力性能的研究中，国内理论预报方面已经十分成熟，而实验方面相比于国外还有一些差距，为确保我国船舶领域在国际竞争中占据有利地位，必须采取有效措施来应对这场挑战，国内应在船舶节能附体技术应用等方面做出更多的工作。
参考文献
[1] 魏锦芳, 陈京普, 周伟新. EEDI中船舶失速系数fw
的计算方法与软件开发[J]. 中国造船, 2011,51(3): 77-82.
[2] Amendments to the annex of the protocol of 1997 to amend the international convention for the prevention of pollution from
ships, 1973, as modified by the protocol of 1978relating thereto[S]. Resolution Mepc 203 (62), July, 2011.
[3] 大内一之. PBCF（Propeller Boss Cap Fins）—新形式プロパラ效率改善装置の开[J]. 船の科学, 1988(8).
[4] Ouchi K. Research and Development of PBCF一Improvement of Flow from propeller Boss[C]. The Proceedings of international
symposium on ship resistance, Shanghai, China, 1989.
[5] 大内一之等. PBCF（Propeller Boss Cap Fins）の研究开发一プロパラボス后部流ねの改善[C]. 日本造船学会论文集, 1988.
[6] 大内一之等. PBCF（Propeller Boss Cap Fins）の研究开发一第二报: プロパラ后流调查及び实船性能について[C]. 日本
造船学会论文集, 1989.
[7] 龚其福, 周和玉. 一种新型船用节能装置—桨毂帽鳍[J]. 武汉水运工程学院学报. 1991, 15(2):203-210.
[8] 郑建成. 螺旋桨毂帽鳍节能降噪研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2009.
[9] 曹关桐. 鳍片节能技术的开发与应用[J]. 天津航海. 1995, 3: 27-28.
[10] Yuichi Tamura. Development of a High Performance Ducted Propeller[C]. Tenth International Conference on Intelligent
Tutoring Systems, 2010.
[11] Cai Hao-peng, MA Cheng. An Integrative Design Method of Propeller and PBCF (Propeller Boss Cap Fins) [C]. Third
International Symposium on Marine Propulsors, Tasmania, Australia, 2013.
[12] Jie Dang, Hao Chen. An Exploratory Study on the Working Principles of Energy Saving Devices (ESDs)[C]. Symposium on
Green Ship Technology, Wuxi, China, 2011.
[13] 高富东, 潘存云, 蔡汶珊, 等.基于CFD的螺旋桨敞水性能数值分析与验证[J]. 机械工程学报, 2010,46(8): 133-139.
[14] Xiong Ying, Wang Zhanzhi and Qi Wanjiang. Numerical Study on the Influence of Boss Cap Fins on Efficiency of
Controllable-pitch Propeller [J]. Journal of marine science and technology, 2013, 12: 13-20.
[15] Takafumi Kawamura, Kazuyuki Ouchi, Takeo Nojiri. Model and full scale CFD analysis of propeller boss cap fins (PBCF) [J].
Journal of marine science and technology, 2012, 17: 469-480.
[16] 杨帆, 陈昌运, 陈霞萍. 基于CFD的桨-毂帽鳍-舵性能研究[C]. 第四屆海峽兩岸水動力學研討會. 台北, 2013.
[17] Hassan Ghassemi. Numerical Analysis of Hub Effect on Hydrodynamic Performance of Propellers with Inclusion of PBCF to
Equalize the Induced Velocity[J]. POLISH MARITIME RESEARCH, 2012, 19: 17-24.
（责任编辑刘蕾）
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 姓名： XXX 班级：XXX 学号：XXX 联系方式：XXX 日期：XXX
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 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 9.373 10.094 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.5 42.34 35.18 29.60 25.19
Bp 6.51 5.93 5.44 5.02 MAU 4-40 δ75.82 70.11 64.99 60.75 P/D 0.640 0.667 0.694 0.720 ηO0.5576 0.5828 0.6055 0.6260 P TE =P D ·η H ·η O hp 2862.09 2991.44 3107.95 3213.18 MAU 4-55 δ74.35 68.27 63.57 59.33 P/D 0.686 0.713 0.741 0.770 ηO0.5414 0.5672 0.5909 0.6112 P TE =P D ·η H ·η O hp 2778.94 2911.36 3043.28 3137.21 MAU 4-70 δ73.79 67.79 63.07 58.70 P/D 0.693 0.723 0.754 0.786 ηO0.5209 0.5456 0.5643 0.5828 P TE=P D ·η H ·η O hp 2673.71 2800.49 2891.86 2991.44 据上表的计算结果可绘制PT E、δ、P/D及η O 对V的曲线，如下图所示。
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
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
第40卷 第1期2011年02月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.40 N o.1 Feb.2011 收稿日期:2010-01-11修回日期:2010-04-21 作者简介:张宝吉(1979-),男,博士,讲师。研究方向:船体线型优化设计方法研究E -mail:zbj1979@https://www.doczj.com/doc/f22676074.html, DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2011.01.013 16000t 成品油船螺旋桨液压无键联接的设计计算 张宝吉 (上海海事大学海洋环境与工程学院,上海201308) 摘 要:为提高螺旋桨的安装、拆卸效率和使用寿命,采用螺旋桨液压无键联接方式,以16000t 成品油船为例,介绍螺旋桨液压无键联接的设计计算方法以及参数的选取。 关键词:螺旋桨;液压无键联接;设计计算 中图分类号:U 661.336 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2011)01-0040-03 近年来,随着船舶向大型化和高速化发展,螺旋桨的重量越来越大,吸收的功率也相应增大,因而,键联接螺旋桨的弊端日益突出[1-3] 。而螺旋桨无键联接无须加工键槽,安装、拆卸方便;制造工艺简单;使用过程中应力分配均匀、配合紧密、使用寿命长[4],所以新建造的大型船舶大部分都采用无键联接。这种联接形式,主要是通过液压压力,使螺旋桨锥孔在材料弹性变形范围内,内径扩大,同时利用液压螺母(液压油缸)的轴向压力将螺旋桨定量推入,使桨与轴的配合锥面紧紧贴合,当轴向推入到位径向液压压力释放后,螺旋桨与轴形成过盈配合,桨与轴便可靠地联接在一起[5]。16000t 成品油船是单螺旋桨、尾机型,螺旋桨为定螺距、螺旋桨与螺旋桨轴采用液压无键联接。桨毂尺寸见图1。 图1 桨毂尺寸示意 本船航行区域为无限航区,按CCS 规范进行 设计。主机机型采用YMD -MAN B&W 6S42MC 。 1 计算参数 1)主要参数。 主机额定功率 P e =4440kW;传递P e 时的转速 n e =173r/min;轴系传递效率 G =0.97; 功率为P e 时的船速 V s =13.08kn 。2)螺旋桨轴参数。 材料为锻钢 R b =520MPa;弹性模量 E 1=206GPa;泊松比 L 1=0.30; 线膨胀系数 A 1=11@10-6 e -1 。 3)螺旋桨参数。 材料为CU 3 R b =590M Pa;弹性模量 E 2=117.7GPa;泊松比 L 2=0.34; 线膨胀系数 A 2=18@10-6 #e -1 ; 屈服强度 R s =245.0M Pa 。4)结构参数。 螺旋桨艉轴锥度 K =0.05; 套合接触长度 L =950mm;轴中孔直径 d 0=0m m; 套合接触长度轴平均直径 d 1=326.125mm;桨毂的平均外径 d 2=755.0mm ; 油槽面积 A =109919.5m m 2 。 5)中间计算参数。 实际接触面积 A 1=0.847197@106mm 2;系数 K 1=d 0/d 1=0; 系数 K 2=d 2/d 1=2.31506。 2 桨轴无键装配计算 根据规范[6],用油压无键安装螺旋桨时,则 40
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。
1.螺旋桨的加工 1.1机械加工 1.1.1 除掉桨毂两端的冒口，浇口等多余的部分，造成两个基准面，其光洁 度为 5，不平行度小于0.1mm。 1.1.2 在桨毂中心镗出或车出轴孔，光洁度为 25，不垂直度不超过0.15mm/M。 1.1.3 沿轴孔内侧插出镀槽，键槽两侧应与锥孔轴心行平行，装配后与键的 接触面不少于75%。 1.1.4 锥体与键孔的连接，亦可以分为有粘合和无缝粘合两中情形。有键和 无键时，对轴毂和轴的要求均不同。有键环痒粘合，要求锥孔大小端 各留有 30~70mm长度的配合面。其余则低 0.2`~0.3mm，以便研配，对 轴上锥体中无空腔（图 1.B 示意）。{ 两种粘合装配螺旋桨情况见图一 } 当采用环痒粘合时，键和键槽的加工要求和结合要求均可降低，减少了研 配的工作量。 1.1.5 环氧粘合剂的配方（重量比）见下表（供参考） 表一 粘合剂增型剂充填材料固化剂 环氧树脂二丁脂15 份熟石膏粉75 份乙二胺 6.5~6.6 （B101）100 份份 1.2手工加工 手工加工的内容有：桨叶轮毂，叶片，桨毂表面加工以及修刮轴孔，消除静不平衡，采用风铲，砂轮几锉刀等工具。 步骤是：根据测量的结果，划出加工线，批凿桨叶轮廓，铲除毛坯上多余
的金属，使螺旋桨具有所需要的光洁度。 1.2.1 叶面的加工 在制作叶面样板时，一般将全部加工余量都放在叶背上，认为叶面朝下，浇铸质量容易保证表面光顺，所以叶面的加工只是消除铸成面个别不平部分，但是在多数情况下，桨叶面的几何形状总有偏差。叶面加工的任 务是修正铸造时造成的偏差。加工时，根据铸件的测量结果，在桨叶每个半径切面上标出必须除去金属层的厚度的若干点，再在各点钻出除厚刚 好等于要除去金属层的厚度的孔。光沿桨叶半径切面铲去多余的金属而 得若干光顺的螺旋桨线，再以这些螺旋桨线为基准，沿桨叶径向铲去多余的金属，便可完成叶面加工。 1.2.2 叶背加工（对叶面不加工的工厂，仅在此面消除静不平衡） 叶背加工以叶面为基准面，在叶面加工后，重新测量桨叶厚度，并根 图纸要求，决定需要从叶背铲除金属的厚度，与叶面加工一样，先钻 孔，铲除各切面形状曲线，然后再沿桨叶径向铲除多余的金属。 2.螺旋桨的静平衡 螺旋桨的静平衡是其加工中不可缺少的一道工序，用来消除不平衡的离心力，以减少振动。静平衡的步骤和要求如下： 在螺旋桨锥孔中装一心轴，将心轴的两端搁置在有水平刀口或滚珠轴承的支架上，使螺旋桨能自由的转动，并能自由停止。这时较重的桨叶总是向下。若在轻的桨叶上加某一重物，（一般粘贴橡皮泥使螺旋桨得到平衡）则加上的重量就是较重桨叶多出的重量，铲除此重量就能等到平衡（但应注意相应位置）。多余的重量要从叶背铲除，面积要广，剔除后表面应光
0.954000.90.98 1.04762.8D S s R P P hp ηη==???=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： 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 9.373 10.094 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.5 42.3368531 35.17684 29.60389 25.19283 Bp 6.50667758 5.931007 5.440946 5.019246
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。
山东104总吨钢质拖网渔船 1.已知船体主要参数 船型：单桨，转动导流管平衡舵，尾机型钢质拖网渔船。设计水线长：L wl=27.50m 垂线间长：L pp=26.00m 型宽：B=5.40m 型深：D=2.50m 平均吃水：T m=1.90m 尾吃水: T a=2.40m 方形系数：C b=0.502 棱形系数：C p=0.592 宽吃水比：B/T m=2.84 排水量：Δ=137.35t 浮心纵向坐标（LCB）：X b=-0.78m 桨轴中心距基线：Z s=0.35m 用艾亚法估算船体有效功率数据表：
首先计算所需参数如下： L/Δ1/3 = 5.04 Δ0.64 = 23.346 X c=-3% 速度 v（kn）9 10 11 速长比V/L1/20.974 1.083 1.191 傅汝德数Vs/(gL)1/20.290 0.322 0.354 标准Co 查图7-3 295 243 205 标准Cbc,查表7-5 0.593 0.56 0.546 实际Cb（肥或瘦）（%）15.35，瘦10.36，瘦8.06，瘦Cb修正（%）11.21 7.174 5.104 Cb修正数量△133 17 10 已修正Cb之△1328 260 215 B/T修正（%）=-10Cb（B/T-2）% -4.2168 -4.2168 -4.2168 B/T修正数量，△2[式7-23] -14 -11 -9 已修正B/T之C2 314 249 206 标准Xc，%L，船中前或后，查表7-5 1.838，船中 后 2.3275，船 中后 2.4955，船 中后 实际Xc，%L，船中前或后3，船中后3，船中后3，船中后相差%L，在标准者前或后 1.162，后0.6725，后0.5045，后Xc修正（%），查表7-7（b）0.22 0.5 0.96 Xc修正数量，△3[式(7-24)] -1 -1 -2 已修正Xc之C3 313 248 204 长度修正（%）=（Lwl-1.025Lbp） /Lwl*100% 3.2 3.2 3.2 长度修正数量，△ 4 [式(7-25)] 10 8 7 已修正长度C4 323 256 211 Vs3729 1000 1331 Pe=△0.64*Vs3/C4*0.735(KW) 39 68 109 2.主机参数 主机型号6160A-123 功率（KW）136 转速（转/分）850 齿轮箱型号2HC250 减速比 1.97:1
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
船舶推进课程设计 --渔船普通螺旋桨图谱设计计算书
1、已知拖网渔船主要要素： 垂线间长L pp=37.00m 型宽B=7.60m 型深H=3.80m 平均吃水T m=2.90m 棱形系数C p=0.620 排水体积?=452m3 排水量Δ=463.3t 主机功率MHP=600HP 转速RPM=400r/min 螺旋桨中心距基线高Z p=0.50m 主机轴带20KW发电机一台 2、船体阻力计算:(按日本渔船阻力图谱) B/T=2.73; ?/(L/10)3=9.26 1 gL V Fr 0.26 0.30 0.32 0.34 0.36 2 马力系数Eo 0.050 0.107 0.150 0.197 0.251 3 14 4 309 433 569 725 4 航速Vs（Kn）9.62 11.11 11.8 5 12.69 15.33
3、船身效率计算 根据汉克歇尔公式: 伴流分数 ω=0.77Cp -0.28=0.1974 推力减额分数 t=0.77Cp-0.30=0.1774 船身效率 ?H =(1-t)/(1-ω)=1.025 4、螺旋桨收到马力计算 扣除主机拖带6.5KW 发电机一台，其轴带效率为0.916，轴系效率?s 取0.97， 螺旋桨的收到马力P D =(MHP-916 .036 .1*20)*0.97*0.96=553.2HP （公制） 5、假定设计航速下有效推进马力计算 根据B4-40,B4-55,B4-70的Bp-δ图谱列表计算 序号 项目 单位 数值 1 假定设计航速Vs Kn 9 10 11 12 2 VA=(1-ω)Vs Kn 7.223 8.026 8.829 9.631 3 B P =NP D 0.5/γ0.5V A 2.5 66.27 50.92 40.12 32.28 4 8.14 7.14 6.33 5.68 5 MAU-40 δ 91.5 81.1 74.2 67.6 6 P/D 0.597 0.621 0.651 0.677 7 η0 0.502 0.534 0.555 0.594 8 THP=P D ?H ?0?r HP 284.6 302.8 314.7 336.8 9 MAU-55 δ 90.1 80.2 73.0 66.3 10 P/D 0.631 0.660 0.692 0.720 11 η? 0.480 0.514 0.547 0.578 12 THP=P D ?H ?0?r HP 272.2 291.5 309.6 327.7 13 MAU-70 δ 89.1 79.6 72.0 65.4 14 P/D 0.642 0.675 0.703 0.739 15 η? 0.465 0.497 0.527 0.554 16 THP=P D ?H ?0?r HP 263.7 281.8 298.8 314.1