螺旋桨制图
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第九章螺旋桨图谱设计§9-1 设计问题与设计方法螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分。
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,要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨,既能达到预定的航速,又要使消耗的主机马力小;或者当主机已选定,要求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。
因此,螺旋桨的设计问题可分为两类。
一、螺旋桨的初步设计对于新设计的船舶,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主机的转速及马力,并据此订购主机。
具体地讲就是:①已知船速V,有效马力PE,根据选定的螺旋桨直径D,确定螺旋桨的最佳转速n、效率η0、螺距比P/D和主机马力P s;②已知船速V,有效马力PE,根据给定的转速n,确定螺旋桨的最佳直径D、效率η0、螺距比P/D和主机马力Ps。
二、终结设计主机马力和转速决定后(最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同),求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。
具体地讲就是:已知主机马力Ps、转速n和有效马力曲线,确定所能达到的最高航速V,螺旋桨的直径D、螺距比P/D及效率η0。
新船采用现成的标准型号主机或旧船调换螺旋桨等均属此类问题。
在造船实践中,一般采用标准机型,所以在实际设计中,极大多数是这类设计问题。
目前设计船用螺旋桨的方法有两种,即图谱设计法及环流理论设计法。
图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计。
用图谱方法设计螺旋桨不仅计算方便,易于为人们所掌握,而且如选用图谱适宜,其结果也较为满意,是目前应用较广的一种设计方法。
应用图谱设计螺旋桨虽然受到系列组型式的限制,但此类资料日益丰富,已能包括一般常用螺旋桨的类型。
环流理论设计方法是根据环流理论及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。
用此种方法可以分别选择各半径处最适宜的螺距和切面形状,并能照顾到船后伴流不均匀的影响,因而对于螺旋桨的空泡和振动问题可进行比较正确的考虑。
螺旋桨概述1.概念1.1结构图1 螺旋桨示意图图2 螺旋桨结构螺旋桨由桨叶、浆毂、、整流帽和尾轴组成,如上图所示。
滑失:如果螺旋桨旋转一周,同时前进的距离等于螺旋桨的螺距P,设螺旋桨转速为n,则理论前进速度为nP。
也就是说将不产生水被螺旋桨前后拨动的现象,然而事实上,螺旋桨总是随船一起以低于nP的进速V s对水作前进运动。
那么螺旋桨旋转一周在轴向上前进的实际距离为h p(=V s/n),称为进距。
于是我们把P与h p之差(P-h p)称为滑失。
滑失与螺距P之比为滑失比:S r=(P-h p)/P=(nP-V s)/nP=1-V s/nP式中V s/nP称为进距比。
从式中可以得出,当V s=nP时,S r=0。
即P=h,也就是螺旋桨将不产生对水前后拨动的现象,螺旋桨给水的推力为零。
因此我们可以得出结论:滑失越大,滑失比越高,则螺旋桨推水的速度也就越高,所得到的推力就越大。
1.2工作原理船用螺旋桨工作原理可以从两种不同的观点来解释,一种是动量的变化,另一种则是压力的变化。
在动量变化的观点上,简单地说,就是螺旋桨通过加速通过的水,造成水动量增加,产生反作用力而推动船舶。
由于动量是质量与速度的乘积,因此不同的质量配合上不同的速度变化,可以造成不同程度的动量变化。
另一方面,由压力变化的观点可以更清楚地说明螺旋桨作动的原理。
螺旋桨是由一群翼面构建而成,因此它的作动原理与机翼相似。
机翼是靠翼面的几何变化与入流的攻角,使流经翼面上下的流体有不同的速度,且由伯努利定律可知速度的不同会造成翼面上下表面压力的不同,因而产生升力。
而构成螺旋桨叶片的翼面,它的运动是由螺旋桨的前进与旋转所合成的。
若不考虑流体与表面间摩擦力的影响,翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力,而在旋转方向的分量就是船舶主机须克服的转矩力。
1.3推力和阻力以一片桨叶的截面为例:当船艇静止时,螺旋桨开始工作,把螺旋桨看成不动,则水流以攻角α流向桨叶,其速度为2πnr(n为转速;r为该截面半径)。
第九章螺旋桨图谱设计§9-1 设计问题与设计方法螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分。
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,要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨,既能达到预定的航速,又要使消耗的主机马力小;或者当主机已选定,要求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。
因此,螺旋桨的设计问题可分为两类。
一、螺旋桨的初步设计对于新设计的船舶,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主机的转速及马力,并据此订购主机。
具体地讲就是:①已知船速V,有效马力PE,根据选定的螺旋桨直径D,确定螺旋桨的最佳转速n、效率η0、螺距比P/D和主机马力P s;②已知船速V,有效马力PE,根据给定的转速n,确定螺旋桨的最佳直径D、效率η0、螺距比P/D和主机马力Ps。
二、终结设计主机马力和转速决定后(最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同),求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。
具体地讲就是:已知主机马力Ps、转速n和有效马力曲线,确定所能达到的最高航速V,螺旋桨的直径D、螺距比P/D及效率η0。
新船采用现成的标准型号主机或旧船调换螺旋桨等均属此类问题。
在造船实践中,一般采用标准机型,所以在实际设计中,极大多数是这类设计问题。
目前设计船用螺旋桨的方法有两种,即图谱设计法及环流理论设计法。
图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计。
用图谱方法设计螺旋桨不仅计算方便,易于为人们所掌握,而且如选用图谱适宜,其结果也较为满意,是目前应用较广的一种设计方法。
应用图谱设计螺旋桨虽然受到系列组型式的限制,但此类资料日益丰富,已能包括一般常用螺旋桨的类型。
环流理论设计方法是根据环流理论及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。
用此种方法可以分别选择各半径处最适宜的螺距和切面形状,并能照顾到船后伴流不均匀的影响,因而对于螺旋桨的空泡和振动问题可进行比较正确的考虑。
利用catia建立螺旋桨的方法螺旋桨的一体化设计(1)打开Catia 用户界面,点击“开始”>“外形”>“创成式外形设计”,单击xy平面再点击进入草图工作界面,如图5.1示。
图5.1草图直线2)在草图编辑窗口中点按钮,按照翼型数据将各点输入,如图5.2所(示。
图5.2创建点(3)点击“样条线”命令,将Z=0mm处CLARK Y翼型设计的螺旋桨截面的Y正坐标截面的各点连接起来,如图5.3所示。
图5.3样条线定义移动翼型,将翼型的下翼边线的中点转移到坐标原点,点击草图界面的命令,单击下翼边线,再单击下翼边线的中点,移动到坐标原点处,再移动上翼型边,结果如图5.4图5.4移动后的翼型位置(4)按退出草图编辑界面,单击命令,选择刚刚移动的翼型上下边线,单击确定,完成翼型的结合,接下来点击构成翼型的点,单击鼠标右键选择隐藏命令,结果如图5.5所示。
图5.5创建直线(5)创建翼型各截面的引导线,选择与翼型厚度方向相垂直的平面,单击进入引导线创建草图界面,单击命令,起点选在坐标原点(0.0)处,选好直线方向,确定引导线长度,此处长度740mm,退出草图编辑界面,结果如图5.6图5.6 创建偏移平面(6)平移出螺旋桨的各个翼型界面,单击平移命令,元素选择初始翼型方向选择引导线方向,距离写入92.5mm,勾选确定后重复对象,如图5.7所示,单击确定会弹出图5.8式对话框,实例写入7,得图5.9所示结果。
图5.7 投影定义图5.8 对象复制命令框图5.9 翼型阵列依次方法创建参考点建立如图5.10所示。
图5.10 各翼型截面参考点建立(7)翼型截面的角度设定,隐藏不用的平面,单击命令,元素选择翼型,轴线选择引导线,角度按计算值填入,点击隐藏/显示初始元素,如图5.11,接着单击确定,同样命令旋转建立引导线的那一平面,与翼型旋转角度一致,但不按隐藏/显示初始元素命令条,点击旋转后的平面,再点击,建立下一步的参考元素,草图编辑界面中单击,再单击翼型的边线,得到一条黄色直线,以此直线上面端点为起点画一条与其共线的直线,如图5.12,之后删掉黄色投影线,单击退出草图编辑窗口。