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螺旋桨设计
螺旋桨设计是指为飞行器、舰船等设备设计合适的螺旋桨
形状和尺寸。
螺旋桨的设计需要考虑多个因素，包括推力、效率、噪音和振动等。
在螺旋桨设计中，最重要的因素是效率和推力。
效率是指
螺旋桨转化输入的动力到产生推力的比例。
为了优化效率，需要设计合适的桨叶形状、桨叶数量和桨叶尺寸。
通常，
较大的桨叶和更多的桨叶会产生更大的推力，但也会增加
飞行器的重量和阻力。
因此，设计过程需要找到最佳的平
衡点。
此外，噪音和振动也是螺旋桨设计中需要考虑的因素。
螺
旋桨的运转会产生噪音和振动，特别是在高速运转时。
为
了减少这些问题，需要优化桨叶的轮廓形状和间距。
减少
振动不仅可以提高乘坐舒适度，还可以减少机身和附件的
磨损。
螺旋桨的设计是一个复杂的工程问题，需要使用数值模拟
和实验验证。
现代设计工具和计算机技术使得螺旋桨的设
计更加精确和高效。
此外，材料选择和加工工艺也对螺旋
桨的性能和寿命有重要影响。
总的来说，螺旋桨设计需要综合考虑多个因素，包括推力、效率、噪音和振动等。
通过合理的设计和优化，可以实现
更高的效率和更好的性能。
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。
重庆交通大学航海学院螺旋桨图谱设计课程设计说明书课题：螺旋桨图谱设计专业：船舶与海洋工程班级：二班学号：631118020211 学生姓名：何瑞峰指导教师：赵藤日期：2014.6.12目录1.船体主要参数。
32.主机参数。
43.推进因子的决定。
44.可以达到的最大航速的计算。
45.空泡校核。
76.强度校核。
107.螺距修正。
128.重量及惯性矩计算。
139.敞水性征曲线之确定。
1410.系柱特性计算。
1511.航行特性计算。
1512.螺旋桨计算总结。
1813.螺旋桨制图（见附页）。
1814.课程总结。
191.船体主要参数水线长wl L70.36 mL68.40 m垂线间长pp型宽 B 15.80 m型深 D 4.80 m设计吃水 d 3.50 m桨轴中心高z 1.30 mp排水量Δ2510 t本船的D B=3.292; d D=1.412; B L pp=4.329 ; d B=4.647本船在708所水池进行船模阻力试验，吃水3.5m时船的阻力试验结果。
即有效功率曲线数据如表1-1所示。
表1-1 模型试验提供的有效功率曲线数据2.主机主要参数型 号 8230ZC 二台 额定功率 s P =1080kw (1469hp) 额定转速 N=750r/min 减速比 2.5 传送效率 s η=0.953.推进因子伴流分数 ω=0.165； 推力减额 t=0.165 船身效率 H η=1； 相对旋转效率 R η =14.可以达到的最大航速的计算采用MAU 型叶数为4叶螺旋桨的图谱进行计算。
采用功率储备15%轴系效率。
轴系桨敞水收到的马力:R S D P ηη⨯⨯=85.01469)(22.1186195.085.01469hp =⨯⨯⨯= 计算图表的、、根据2-1704554404δ----Bp MAU MAU MAU表1-2按δ-B图谱设计的计算表p根据表1-2中的计算结果可绘制TE P 、δ、D P /、及o η对V 的曲线，如图1-1所示。
第1章螺旋桨设计与绘制1.1螺旋桨设计螺旋桨设计是船舶快速性设计的重要组成分。
在船舶型线初步设计完成后，通过有效马力的估算获船模阻力试验，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，又能使消耗的主机马力最小；或者当主机已经选定，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。
螺旋桨的设计问题可分为两类，即初步设计和终结设计。
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要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速计效率决定主机的转速及马力。
终结设计：主机马力和转速决定后，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。
在本文中，根据设计航速17.5kn，设计螺旋桨直径6.6m，进行初步设计，获得所需主机的马力和主机转速，然后选定主机；根据选定的主机，计算最佳的螺旋桨要素及所能达到的最大航速等。
1.1.1螺旋桨参数的选定（1）螺旋桨的数目选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能、震动、操纵性能及主机能力等各方面因素。
若主机马力相同，则当螺旋桨船的推进效率高于双螺旋浆船，因为单螺旋桨位于船尾中央，且单桨的直径较双桨为大，故效率较高。
本文设计船的设计航速约为17.5kn的中速船舶，为获得较高的效率，选用单桨螺旋桨。
（2）螺旋桨叶数的选择根据过去大量造成资料的统计获得的桨叶数统计资料，取设计船螺旋桨的叶数为4叶。
考虑到螺旋桨诱导的表面力是导致强烈尾振的主要原因，在图谱设计中，单桨商船的桨叶数也选为4叶。
（3）桨叶形状和叶切面形状螺旋桨最常用的叶切面形状有弓形和机翼型两种。
弓形切面的压力分布较均匀，不易产生空泡，但在低载时效率较机翼型约低3%~4%。
若适当选择机翼型切面的中线形状使其压力分均匀，则无论对空泡或效率均有得益，故商用螺旋桨采用机翼型切面。
根据以上分析，选择MAU4叶桨系列进行螺旋桨设计。
1.1.2 螺旋桨推进因子螺旋桨的伴流分数取螺旋桨以等推力法进行敞水实验获得的实效伴流：0.404ω=推力减额按照汉克歇尔关于单桨螺旋桨标准商船公式进行计算：0.500.120.22P t C =-=主机的轴系传递效率： 0.97s η= 相对旋转效率： 1.00R η= 船身效率： 1 1.311H tηω-==-1.1.3 有效马力曲线有效马力曲线表征的是船体阻力特征。
螺旋桨悬臂课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解螺旋桨悬臂的基本概念，掌握其结构组成及工作原理。
2. 学生能掌握螺旋桨悬臂的力学性质，了解其在工程中的应用。
3. 学生能了解螺旋桨悬臂的设计原则，并运用相关知识分析实际问题。
技能目标：1. 学生能运用数学和物理知识分析螺旋桨悬臂的受力情况，提高问题解决能力。
2. 学生能通过实际操作，掌握螺旋桨悬臂模型的制作方法，提高动手实践能力。
3. 学生能运用所学知识，进行螺旋桨悬臂的设计与优化，提高创新能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习螺旋桨悬臂，培养对航空事业的热爱和兴趣。
2. 学生在团队合作中，学会相互尊重、协作和沟通，培养良好的团队精神。
3. 学生在学习过程中，树立正确的价值观，认识到科学技术对国家和社会发展的意义。
课程性质：本课程为八年级物理学科拓展课程，结合实际工程案例，以提高学生的科学素养和实践能力为目标。
学生特点：八年级学生具备一定的物理基础知识，好奇心强，喜欢动手实践，但缺乏深入的理论分析和实际应用经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，采用启发式教学，引导学生主动探究，培养学生的创新能力和实践能力。
通过螺旋桨悬臂课程的学习，使学生在掌握知识的基础上，提高综合运用能力。
二、教学内容1. 螺旋桨悬臂的基本概念：介绍螺旋桨悬臂的定义、分类及其在飞行器中的应用。
教材章节：第一章第三节“飞行器的构造与原理”2. 螺旋桨悬臂的结构组成与工作原理：分析螺旋桨悬臂的各个组成部分及其相互关系，探讨其工作原理。
教材章节：第一章第四节“发动机与螺旋桨”3. 螺旋桨悬臂的力学性质：讲解螺旋桨悬臂的受力分析，探讨其稳定性、刚度和强度等力学性质。
教材章节：第二章第六节“力学性质分析”4. 螺旋桨悬臂的设计原则与应用：介绍螺旋桨悬臂的设计原则，分析其在实际工程中的应用案例。
教材章节：第三章第十节“螺旋桨悬臂的设计与应用”5. 螺旋桨悬臂模型制作：指导学生动手制作螺旋桨悬臂模型，巩固所学知识，提高实践能力。
7螺旋桨设计螺旋桨设计主要有两部分工作：⑴、确定设计船的阻力或有效功率曲线EHP⑵、据此进行螺旋桨设计并预报设计船航速7.1阻力或有效功率的估算当主尺度和船型系数确定以后，必须知道自己功率以确保船舶达到规定的航速，或如果主机功率已知，则需估算阻力或有效功率以预报船舶的设计航速，进而可初步分析比较各种方案的优劣。
可采用海军系数法，比较估算法（具体公式参照《船舶原理》教材）。
采用艾尔法来估算有效功率曲线，具体方法如下：依据《船舶原理》上册第7章，第2节的经验公式之一的艾尔法公式7.1.1艾尔法的基本思想艾尔法首先针对标准船型直接估算有效功率，然后根据设计船与标准船之间的差异逐一进行修正，最后得到设计船的有效功率值。
7.1.2根据艾尔法进行列表计算下面是计算表格：表7.1 艾尔法计算有效马力速度v（kn） 8 9 10 11 12弗洛德数vs/sqrt(gL) 0.15662 0.176196 0.19577 0.215351 0.23493标准C0查图7-3 440 430 410 390 350标砖Cbc查图7-5 0.83 0.79 0.76 0.73 0.695实际Cb(肥或痩)（%）-6.75,肥-12.15肥 -16.5肥-21.3肥-27.4肥Cb修正（%）若肥：Cb肥（%）x3x实际Cb -78.907 -138.889 -180.67 -221.524 -255.67 vs/sqrt(L) 0.49046 0.551769 0.61308 0.674384 0.73569已修正Cb之C1 361.093 291.1111 229.326 168.4757 94.3348B/T修正（%）=-10Cb（B/T-2）% -0.3323 -0.33225 -0.3323 -0.33225 -0.3323B/T修正数量，△2[式(7-23)] -119.97 -96.7217 -76.194 -55.9761 -31.343已修正B/T之C2 241.12 194.3894 153.132 112.4997 62.9921标准xc，%L，船中前或后，查表7-5 0.95 0.79 0.55 0.16 -0.6实际xc，%L，船中前或后0.862 0.862 0.862 0.862 0.862相差%L，在标准者前或后0.125 -0.1022 -0.443 -0.9971 -2.076xc修正（%),查表7-7（b）3.7 3.2 2.6 2.1 1.5(△3)0 8.92143 6.22046 3.9814 2.36249 0.9448xc修正数量，△3[式（7-25）] 0 0 0 0 0已修正xc之C3 241.12 194.389 153.13 112.499 62.992长度修正（%）=（Lwl-1.025Lbp）/Lwl×100% -0.1165 -0.1165 -0.116 -0.1165 -0.116 长度修正数量，△4式[(7-25)] -0.2807 -0.2262 -0.178 -0.1309 -0.073已修正长度C4 240.839 194.163 152.95 112.368 62.918V3s 512 729 1000 1331 1728Pe=△0.64V3s/C4×0.735(kW) 299.052 528.158 919.69 1666.23 3863.3peb(无附体) 276.9 489.035 851.56 1542.80 3577.2Pe(hp) 406.597 718.094 1250.4 2265.44 5252.7根据计算结果，可以得到有效马力曲线，表7.2 有效马力曲线表V(kn) 8 9 10 11 12Pe(hp) 406.59 718.094 1250.43 2265.444 5252.727.2螺旋桨图谱设计7.2.1初步确定螺旋桨的最佳转速7.2.1.1 螺旋桨的叶数依据《船舶原理》下册第8章的有关内容，螺旋桨的叶数与主机气缸数的比值不能为整数（否则会对船体振动不利）。
螺旋桨课程设计 （华中科技大学船舶与海洋工程学院）
一、参考《船舶原理》书p141举例及螺旋桨课程设计模本。 二、自选题目，一人一题。要求完成下列16项内容： 1. 推进因子ω、t、ηR、ηH的确定 2. 桨叶数的选取论证 3. AE/A0的估算 4. MAU桨型的选取说明 5. 在估算的AE/A0左右选取2～3张Bp－δ图谱（p267~268附录图7~9） 6. 列表按所选的2～3个AE/A0图谱考虑功率储备进行螺旋桨终结设计，得到2～3组螺旋桨的要素及Vsmax。 D允许＝0.70～0.80T（单桨） D允许＝0.60～0.70T（双桨）
7. 对2～3组螺旋桨要素进行空泡校核，由图解法求得不发生空泡的（AE/A0）min及相应的Vsmax、P/D、η0、D、…… 第 2 页 共 16 页 8. 计算与绘制该螺旋桨的无因次敞水特性曲线，（对P/D、AE/A0
先后两次插值，求KT、KQ，光顺后求η0）p147
9. 计算船舶系泊状态（t0=0.04），螺旋桨有效推力与保持转矩不变的转速N0
10. 桨叶强度校核（海船、内河船） 11. 桨叶轮廓及各半径切面型值计算 （p110表8-4，p113表8-6） 12. 桨毂设计（参考p108图8-5（a）） 13. 螺旋桨总图绘制：伸张轮廓、切面形状、投射轮廓、侧投影轮廓、最大厚度线、包毂线、桨毂、标题栏、主要要素、型值表、尺寸标注。
14. 螺旋桨重量及惯性矩计算 15. 螺旋桨设计总结 16. 课程设计体会
练习题（为螺旋桨课程设计、毕业设计作准备） 举 例： 某海船尺度如下： LWL=78.0m, B=13.6m, T=3.8m, Cp=0.647, △=2162t, S′=1165.7m2。 试按Taylor法估算船速Vs=14,15,16,17kn时的有效马力EHP（hp）和有效功率PE（kw）的值。 第 3 页 共 16 页 注：估算船舶阻力R和有效马力EHP（PE）的常用方法索引
△ 1．Taylor（泰勒）法 对中、低速商船，内河船均可适用。详见中、英文教材 △ 2．爱尔法（Ayre，又称艾亚法） 对中、低速商船，内河船均可适用。详见《内河船舶设计手册》等文献 △ 3．Guldhammer & Harvald 图谱估算阻力与有效功率 适用范围很广。详见原著或译著：《船舶阻力与推进》，大连理工大学出版社 △ 4．长江客货船裸体阻力估算法 适用于内河船。详见标准出版社出版的《内河船舶设计手册》等文献 △ 5．平头蜗尾船型裸体阻力估算法 适用于内河平头蜗尾船，详见我校制作的平头蜗尾船型小系列图谱
△ 6．海军系数法
推进效率成分的构成及其粗估： 推进效率： Q.P.C =ηD =ηRη0ηH 推进系数： P.C = η =ηjηSηRη0ηH 通常，可约取： ηS = 0.97（中机型），0.98（尾机型）。 ηG = 0.96 ηR =1.00 ηD = 0.56（常规双桨船），0.60（常规单桨船），0.625（双球尾船）， 0.65（单球尾、双尾鳍船），0.68（双尾船），0.72（蜗尾船）。 第 4 页 共 16 页 螺旋桨直径D的估算公式： D = 1.04〔SHP∕﹙N∕100﹚3〕0.2 渔船船速VS估算公式： VS=4.69L0.21B-0.206d-0.135CB-0.245CP-0.157PD0.208N-0.016z-0.038 (其它船舶仅供参考，式中：SHP(hp),L=(LWL+LBP)/2 (m)，d：吃水(m)， N：螺旋桨转速(rpm)，z：螺旋桨叶数，PD ：收到功率(kw) )
附：螺旋桨课程设计题目（1～25） 题目1：198吨拖网渔船螺旋桨设计书 1. 船 型 单桨单舵单甲板，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型拖网渔船。 设计水线长： LWL=34.35m 垂线间长： LBP=32.00m 型宽： B=7.30m 型深： D=3.70m 设计吃水： Td=2.80m 方型系数： CB=0.544 排水量： Δ=366.8t 棱型系数： CP=0.610 纵向浮心坐标 Xb= -0.96m 纵向浮心位置 xc=3.31% L/Δ1/3 Δ0.64 宽度吃水比B/T 2.607
2．主机参数（设计航速约10.5kn） 型号： 6260ZC 标定功率： PS2 = 368kw 标定转速： 400 r/min 减速比： i = 1.28 第 5 页 共 16 页 题目2：265总吨围网渔船螺旋桨设计书 1. 船 型 单桨流线型平衡舵，前倾首柱，巡洋舰尾，柴油机驱动，尾机型围网渔船。 设计水线长： LWL=39.50m 垂线间长： LBP=37.00m 型宽： B=7.60m 型深： D=3.80m 设计吃水： Td=2.90m 方型系数： CB=0.554 排水量： Δ=463.3t 棱型系数： CP=0.620 纵向浮心坐标 Xb= -1.08m 纵向浮心位置 xc=3.46% L/Δ1/3 4.78 Δ0.64 50.83 宽度吃水比B/T 2.62
2．主机参数（设计航速约11.5kn） 型号： 6300ZC 标定功率： PS2 = 441kw 标定转速： 400 r/min 减速比： i = 1.6
题目3：1145 DWT油污水接收船螺旋桨设计书 1. 船 型 单甲板，流线型平衡舵，柴油机驱动，适于油污水接收的中机型单桨船。 设计水线长： LWL=63.00m 垂线间长： LBP=60.00m 型宽： B=10.00m 型深： D=4.55m 设计吃水： Td=4.00m 方型系数： CB=0.698 排水量： Δ=1780t 棱型系数： CP=0.756 纵向浮心坐标 Xb= 0.3m 纵向浮心位置 xc=0.5% L/Δ1/3 4.95 Δ0.64 120 宽度吃水比B/T 2.62 减速比： i = 2
2．主机参数（设计航速约11kn） 型号： 6L350PN 标定功率： PS2 = 650kw 标定转速： 362 r/min 第 6 页 共 16 页 题目4：某多用途远洋货船螺旋桨设计书 1. 船 型 球首常规尾，双桨，流线型挂舵，中机型多用途远洋货船。 设计水线长： LWL=152.00m 垂线间长： LBP=148.00m 型宽： B=23.00m 型深： D=13.60m 设计吃水： Td=9.00m 方型系数： CB=0.755 排水量： Δ=23850t 棱型系数： CP=0.778 纵向浮心坐标 Xb= 0.74m 纵向浮心位置 xc=0.5% L/Δ1/3 Δ0.64 宽度吃水比B/T 桨轴线距基线高 3.15m
2．主机参数（设计航速约16.5kn） 型号： B&W5L60MCE二台 标定功率： PS2 = 6390hp×2 标定转速： 100 r/min
题目5：某万吨级多用途远洋货船螺旋桨设计书 1. 船 型 球首球尾，单桨，流线型平衡舵，中机型万吨级多用途远洋货船。 设计水线长： LWL=143.00m 垂线间长： LBP=138.00m 型宽： B=22.20m 型深： D=10.90m 设计吃水： Td=7.90m 方型系数： CB=0.731 排水量： Δ=18322t 棱型系数： CP=0.754 纵向浮心坐标 Xb= 0.69m 纵向浮心位置 xc=0.5% L/Δ1/3 Δ0.64 宽度吃水比B/T 桨轴线距基线高 2.6m
2．主机参数（设计航速约15kn） 型号： SULZER 6RTA48 标定功率： PS2 = 6663hp 标定转速： 127 r/min 第 7 页 共 16 页 题目6：15000吨运煤船螺旋桨设计书 1. 船 型 单桨，单舵，柴油机驱动，中机型运煤船。 设计水线长： LWL=143.65m 垂线间长： LBP=142.00m 型宽： B=23.00m 型深： D=13.20m 设计吃水： Td=8.50m 方型系数： CB=0.787 排水量： Δ=22400t 棱型系数： CP=0.811 纵向浮心坐标 Xb= 0.71m 纵向浮心位置 xc=0.5% L/Δ1/3 Δ0.64 宽度吃水比B/T 2.6 桨轴线距基线高 5.0m
2．主机参数（设计航速约12kn） 型号： SULZER 4RTA 标定功率： PS2 = 4100hp 标定转速： 196 r/min
题目7：200 TEU集装箱船螺旋桨设计书 1. 船 型 球首球尾，单桨，流线型平衡舵，中机型集装箱船。 设计水线长： LWL=87.30m 垂线间长： LBP=84.90m 型宽： B=15.80m 型深： D=7.60m 设计吃水： Td=5.00m 方型系数： CB=0.693 排水量： Δ=4780t 棱型系数： CP=0.697 纵向浮心坐标 Xb= 0.437m 纵向浮心位置 xc=% L/Δ1/3 Δ0.64 宽度吃水比B/T 3.16 桨轴线距基线高
2．主机参数（设计航速约13.5kn） 型号： 6E34/82 SDZC 标定功率： PS2 = 3000hp 标定转速： 205 r/min
