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船用螺旋桨设计与优化技术研究船用螺旋桨的设计与优化技术是船舶工程领域中的重要研究内容。
船用螺旋桨是推动船舶前进的关键设备，其设计的好坏直接影响到船舶的航行性能和能源消耗。
本文将从螺旋桨设计的基本原理、设计过程以及优化技术等方面进行详细阐述。
一、螺旋桨设计的基本原理船用螺旋桨的基本原理是通过螺旋桨叶片的转动产生的水流与船体相互作用，产生推力将船体推动前进。
根据流体动力学原理，螺旋桨的叶片设计应满足最大化推力、最小化振动和噪声以及最高效能的要求。
螺旋桨一般由叶片、母体以及杆连接组成。
叶片的设计关键包括叶型的选择、叶片的几何参数（如子翼比、展弦比等）、叶片面积分布等。
母体的设计关键包括母体的形状和强度。
杆的设计关键是杆的直径和材料的选择。
二、螺旋桨设计的基本过程螺旋桨的设计过程包括初步设计、中间设计和最终设计三个阶段。
1. 初步设计阶段：根据船舶的工况要求和基本参数，确定螺旋桨的直径、叶片数、种类以及安装位置。
同时，进行一些基本的叶片几何参数的估算，如叶片的展弦比、子翼比、弯曲强度等。
2. 中间设计阶段：根据初步设计结果，通过一系列的流场计算和性能试验来进一步优化螺旋桨的叶片几何参数。
此阶段的重点是确定叶片的几何参数，如叶片的弯曲角、扭曲角以及叶片的厚度分布等。
3. 最终设计阶段：根据中间设计结果，进行最终的螺旋桨设计，包括叶片的细化设计、母体的优化和杆的设计等。
在此阶段，通常需要进行大量的流场计算和模型试验来验证和优化设计结果。
三、螺旋桨设计的优化技术螺旋桨的设计优化是为了在满足船舶工况要求的前提下，进一步提高推力效率和减小振动和噪声。
常用的螺旋桨设计优化技术包括参数化模型优化、流场计算优化、进化算法优化等。
1. 参数化模型优化：通过建立螺旋桨的参数化模型，将螺旋桨的几何参数与推力效率进行关联，然后利用数值方法进行优化计算，寻找使得推力效率最大化的最优参数组合。
2. 流场计算优化：运用计算流体力学（CFD）方法对螺旋桨的水流场进行数值模拟，以评估螺旋桨的性能。
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。
渔政船调距桨特性分析及控制技术研究船舶推进系统是控制船舶运动的关键,系统性能的优劣直接影响船舶的航速、稳定性和机动性。
可调螺距螺旋桨,简称调距桨,它可以根据船舶工况的变化从而调节螺旋桨的螺距,是船舶重要推进装置之一。
调距桨推进系统通过联合控制方式,能够同时改变螺旋桨螺距和主机转速,进行机桨优化匹配,可以更灵活的调节航速。
因此,它拥有很强的航行环境适应能力、较高的机动性和操纵性、较好的综合经济性等优点。
调距桨推进系统作为船舶智能化的重要一环,主要体现在以计算机、自动化、电力电子等科学为基础的智能控制技术广泛应用于船舶推进,以精准的自动操控取代以往的手动操控,很大程度上提升船舶控制的自动化水平。
在船舶实际航行过程中,调距桨各种航行参数总是随着船舶的运行状态和环境的变化而发生改变。
由于船舶推进运动是一个时变、非线性和有干扰的过程,而且调距桨推进系统需要控制螺距和转速两个控制量,也使得这个系统极其复杂,引入新的研究工具和高效的研究方法显得尤其重要。
本文以300吨级渔政船为研究对象,搭建调距桨推进仿真系统,利用智能控制技术的优越性,尝试将智能算法用于船舶推进运动的控制,旨在优化推进系统的综合控制性能。
文章的主要内容包括船-机-桨特性的分析、建立调距桨推进系统模型、优化控制器性能以及仿真验证系统的控制效果。
首先,介绍了调距桨推进装置各个组成部分及其控制方式,并对船舶的阻力特性,柴油机的外特性,调距桨的推进特性以及船-机-桨三者彼此之间的作用关系进行了深入的分析。
其次,根据渔政船调距桨推进系统的内部结构,建立各个组成部分的数学模型,包括柴油机子系统模型、船桨子系统模型、螺距控制子系统模型以及外界干扰模型等。
使用Matlab软件平台的Simulink工具箱建立仿真模型,并将各部分拼接起来构成完整的推进系统仿真模型。
最后,设计了基于RBF神经网络的PID螺距控制器,并采用粒子群算法对模糊航速控制器进行优化,将其运用在先前建立的推进系统中。
调距桨推进系统的优化设计调距桨推进系统是一种用于船舶和飞机的推进装置，它具有重要的作用和意义。
优化设计调距桨推进系统可以提高船舶和飞机的性能，降低能耗，提高经济效益。
本文将介绍调距桨推进系统的工作原理，分析其存在的问题，提出优化设计的方法和策略。
调距桨推进系统是一种具有可变桨叶角度的推进装置，其工作原理是通过改变桨叶角度来调整推进力的大小和方向。
通过调整桨叶角度可以提高推进效率，并实现快速启动和制动。
这种装置具有推进效率高、运行稳定、操作简便等优点，因此在船舶和飞机上广泛采用。
然而，在实际应用中，调距桨推进系统存在一些问题。
首先，系统的调整范围较小，无法满足不同工况下的需求。
其次，系统的响应速度较慢，不能及时适应外部环境的变化。
此外，系统存在能耗大、噪声高等问题，影响了操作和使用效果。
为了解决上述问题，需要进行优化设计。
首先，可以考虑采用先进的材料和制造工艺，提高桨叶的刚度和强度，减小桨叶的重量，提高系统的灵活性和响应速度。
其次，可以引入智能控制技术，通过传感器和电控装置实时监测和调整桨叶角度，以实现自动控制和优化调整。
这样可以大大提高系统的可靠性和性能。
另外，还可以考虑在系统设计中引入节能和环保的理念。
比如通过改进桨叶的气动设计，减小阻力和空气动力噪声，降低系统能耗。
此外，可以对系统进行流体力学分析和仿真模拟，对各种工况进行优化匹配，以提高系统的效率和推进力。
总结起来，优化设计调距桨推进系统可以采用先进材料、智能控制技术、节能环保设计等方法，以提高系统的性能和经济效益。
在实际设计中，需要充分考虑船舶和飞机的运行环境和需求，结合系统的特点和问题，选择合适的优化方法和策略。
通过不断的研究和实践，相信调距桨推进系统的优化设计将会取得更大的突破和进步。
浅谈船舶螺旋桨的设计目录目录 (1)摘要 (2)关键词 (2)引言 (2)1 结构与计算要素 (3)1.1 结构组成 (3)1.2 计算要素 (3)2 项目设计过程及结果与分析 (5)2.1 船体估算数据 (6)2.2 螺旋桨要素选取及结果与分析 (6)2.3 推力曲线及自由航行计算及结果与分析 (7)2.4 计算总结 (9)2.5 螺旋桨模型的敞水实验 (9)3 螺旋桨设计的发展 (11)3.1 节能减排促使螺旋桨加快创新 (11)结束语 (13)参考文献 (14)致谢 (14)附录 (14)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。
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。
浅谈选用螺旋桨时应考虑的主要参数论1云浅谈选用螺旋桨时应考虑的主要参数船舶在水中航行时遭受到阻力,为保持一定的航速,必须供给船舶一定的推力以克服它所受到的阻力,推力是来自船上专门设置的一种设备,此设备称为推进器,推进器运转时必须消耗能量,所消耗的能量由船舶动力装置供给,所以推进器的作用是将船舶动力装置所提供的能量转化成克服水阻力,推船前进的推进功率,推进器的种类很多,有风帆,明轮,喷水推进器,Z型推进器,直叶推进器及螺旋桨等.由于螺旋桨构造简单,重量较轻,效率也较高,因而被绝大多数船舶所采用.螺旋桨和船体,主机在船舶航行中构成了一个统一的"联动机",由主机供给能量,使螺旋桨旋转而发出推力,克服船体阻力,推船以一定速度前进.所以在选择螺旋桨时必须满足船,桨,机之间的联动平衡关系,使之能很好配合,这就是说所选择的螺旋桨的转速和所需功率必须和主机的额定转速和额定功率相结合,使主机处于额定工况下工作,而螺旋桨的进速和发出的推力必须和船舶的航速及遭遇的阻力相配合,使船舶能在预定航速下航行,如螺旋桨不能与主机,船体配合,则会使主机处于"负载过重"或"负载过轻"状态,主机功率不能充分发挥,船舶也将不能达到预定航速.可见,螺旋桨选择是否得当,直接影响到船舶的航行速度,但在实际选择时,不仅考虑到推进效率,还应考虑到空泡,振动等方面的因素,所以,我认为在选择螺旋桨时应考虑以下几方面的主要参数:一,螺旋桨的数目:选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能,振动,操纵性能及主机功率等因素,若功率相同,则单螺旋桨船的推进效率常高于多螺旋桨船,因为单螺旋桨位于船尾中央,伴流较大,且允许有较大直径.因此,只要主机能力许可,现代货船往往采用单螺旋桨船,随着集装箱船的大型化,高速化,由于主机能力的限制,一般采用多螺旋桨.客船要求速度快,振动小,操纵灵活,故采用双螺旋桨,河船常受吃水限制,而且要求操纵灵活,如我们临海制造的吸砂船,大多采用双螺旋桨或多螺旋桨.二,螺旋桨的直径和螺距:一般说来,螺旋桨直径越大.转速越低,则敞水效率越高;但直径过大,桨盘处平均伴流减少,船身效率下降,对总的推进效率未必有利,螺旋桨叶梢应有一定的沉没深度,不要离水面太近,以避免损失和空气吸人发生,并且在风浪中●临海市航运管理所金伯平航行时桨叶不易露出水面.对于河船,因吃水受到限制,螺旋桨直径过小,致使效率偏低, 为解决这一问题,叶梢沉深可减少.从振动方面考虑,螺旋桨与船体间的间隙不宜过小,否则可能引起严重的振动,2001年《刚质海船人级与建造规范》对螺旋桨与尾柱,舵之间的最小间隙作了规定, 如图所示,间隙值不得小于下列数值:a=0.12D(m)b=0.20D(m)c=0.14D(m)d=0.04D(m)\船劈.所以在选择螺旋桨时,可根据船尾部型深,吃水以及间隙要求.即可决定螺旋桨的最大直径.一般地说,当螺旋桨收到功率和转速为一定时,螺旋桨直径增大,螺距就必须减少,反之亦然,只要是同型螺旋桨,且叶数和盘面比相同,直径变动范围在最佳直径第240期-4?2005-船舶工业技术经济信息55i仑I云的一5～1O%之间,可以认为螺距P和直径D之和为常数,即P+D=常数,利用这一关系,可以根据型船的螺旋桨资料方便地预估新船螺旋桨的螺距或直径.三,螺旋桨的转速:螺旋桨转速低,直径大者敞水效率较高,但在选择螺旋桨的转速时,除考虑螺旋桨本身效率外,尚应顾及主机类型,重量,价格及机器效率.一般来说,两者的要求是相互矛盾的.对机器来说,转速越大,效率越高,且机器重量,尺寸都可以减少.若螺旋桨要求转速与主机转速相差过大时,则可采用避免.所以在选择螺旋桨时,应当预估船体自然频率,特别是二节垂向振动频率N2v(Hz),螺旋桨转速no的选择应避开09N2v～1.1N2v,一般应大于1.1N2v.四,螺旋桨叶数:桨叶数目对效率的影响不明显,但对振动,噪音和空泡等影响较大.从减少振动看,叶数多者有利,但盘面比一定时,叶数增加会导致切面厚度增大,容易发生空泡,所以从避免空泡考虑,叶数以少为宜.通常单螺旋桨船多用四叶,双螺旋桨船的叶数可采用三叶或四叶,河船吃水常受限制,而在减速装置以获得妥善解决.在选择螺旋桨转速时,还应考虑船体的振动问题.船体振动一般分为两类:第一类是当主机或辅机在一定转速时,整个船体处于振动状态,这种影响整个船体结构的振动称为共振;第二类是船舶局部或某些装置处于振动状态,称为局部振动,后者可以采取一些局部措施. 如增设扶强材,支柱等加固措施来消除,而前者则是危险状态应考虑相同设计条件下,一般--nt的最佳直径比四叶的大,所以多用四叶. 一般认为,叶数少者效率高,叶数多者,因叶栅干扰作用增大.故效率下降,但实际比较表明,叶数对效率的影响应视工作范围而定,叶数增加效率不一定下降,因此在选择螺旋桨时,应多进行不同叶数的比较计算.桨叶数目选择与振动关系较大,由于船后伴流场不均匀性,使56船舶工业技术经济信息?第24()期.4.2005 桨叶切面在不同的周向位置下将遇到不同的来流速度和攻角,使螺旋桨的推力和旋转阻力也随之发生变化,这就产生了以叶频(桨叶数目乘转速)为基本频率的周期性不平衡水动力,它作用于船体将引起船体振动.增加桨叶数目,一般可使推力和转矩沿盘面分布更加均匀,对减少激振力有利.因此随着船舶的大型化,振动问题显得突出,单螺旋桨船有采用五叶甚至六叶的趋势.此外,在选择叶数时应避免和船体或轴系发生共振,亦即避免叶频与轴系或船体的自然频率相等或相近,同时还应尽量避免主机气缸数,冲程数与叶数相等或恰为其整数倍.五,桨叶外形或叶切面形状:一般认为,桨Dr#l,形轮廓对螺旋桨陛能的影响很小,其展开轮廓近于椭圆形者为良好的叶形.对于具有倾斜的桨叶,各半径处切面弦长与展开轮廓为椭圆形的各叶切面弦长大致相同者为佳.螺旋桨最常用的叶切面形状有弓形和机翼形两种.弓形切面的压力分布较均匀,不易产生空泡,但在低载荷系数时,其效率较机翼形者约低3～4%.若适当选择机翼形切面的拱线形状,使其压力分布较均匀,则无论对空泡或效率均有得益,故民用船螺旋桨用机翼型切面,或叶梢部分配合用弓形切面.实际螺旋桨常具有一定的后斜角.其目的在于增加与船体的间隙,实践证明,后斜对螺旋桨性能没有什么影响,所以在选择螺旋桨时可根据具体情况确定适宜的后斜角.■。
文献综述船舶与海洋工程可调螺距螺旋桨的优化设计及制造一、引言船舶在水面或水中航行时遭受阻力，其大小与船舶的尺寸，形状及航行速度油管。
为了使船舶保持一定的速度向前航行，必须供给一定的推力或拉力，以克服其所受到的阻力。
船舶推进器是推动船舶前进的机构，它是把自然力，人力或者机械能转化成船舶推力的能量转化装置。
船舶推进器的发展过程与人类对能源的利用关系紧密，可分为人力：桨，篙，橹，拉纤，桨轮等；蓄力：拉纤等；风力：帆，旋筒推进器；机械动力：明轮，螺旋桨，直叶推进器，喷水推进器等。
其中应用最广的就是螺旋桨。
螺旋桨，以最少数量的构件，最高的推进效率推动船舶航行，它是造船业几代人劳动创造的结晶。
二、本课题研究的背景及意义在螺旋桨的发展过程当中，根据不同船舶的工作条件要求，一些特种螺旋桨在普通螺旋桨的基础上应运而生。
其中最为重要的一种就是可调螺距螺旋桨，简称可调桨，可按需要调节螺距，发挥主机功率；提高推进效率，船倒退时可不改变主机旋转方向。
螺距是通过机械或液力操纵桨榖中的机构转动各桨叶来调节的。
可调桨对于桨叶负荷变化的适应性比较好，在拖船和渔船上应用较多。
在正常操作条件下，其效率比普通螺旋桨效率低，而且价格昂贵，维修保养复杂。
在能源日益昂贵的今天，急需开发简便，节能，高效的新一代螺旋桨，可调螺距螺旋桨以其自身的优越性必将成为今后一段时间内的主流螺旋桨。
然而国内对于可调螺距螺旋桨的研究还刚处于一个起步阶段，对于可调桨的技术还处于摸索前进的阶段。
国内有能力生产可调桨的企业还很少，而且这些企业对可调桨的技术也并没有完完全全的掌握，很多都是和国外可调桨企业合作，所以在可调桨发展的道路上，国内的企业还要不断的探索创新。
本课题正是在这种背景下，为了对可调桨的设计与生产做一个初步的了解，并解决一些设计与生产脱节的问题而被提出。
由于可调螺旋桨在国内是一个新生的事物，无论在技术上还是在生产上，都处在一个摸索前进的阶段，设计与生产往往会出现很大的分差，有时候设计没有考虑实际生产，有时候生产不能很好的反应设计理念，所以通过对某一个可调螺距螺旋桨进行设计与生产的过程，会让设计人员认真的考虑生产过程中遇到的问题，会让车间职工更好的反应设计者的意图。
