畢業(yè)論文∶船舶螺旋槳的設(shè)計

1、 華中科技大學(xué)本科論文華 中 科 技 大 學(xué)本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文專 業(yè)：機電一體化學(xué) 號：姓 名：導(dǎo)師姓名：導(dǎo)師職稱：教 授2011年4月 13船舶螺旋槳的設(shè)計摘 要螺旋槳是造船行業(yè)必備的推進部件，它的設(shè)計精度將直接影響船的推進速度，它為船的前進提供的推力。螺旋槳設(shè)計是整個船舶設(shè)計的一個重要組成部分，它是保證船舶快速性的一個重要方面。一般螺旋槳設(shè)計是在初步完成了船舶線型設(shè)計，并通過估算或用船模試驗的方法確定了船體有效功率之后進行的。影響螺旋槳推進性能的因素很多，在本設(shè)計過程中主要對螺旋槳的直徑、螺距比、盤面比、槳葉輪廓形狀等因素進行研究，并通過在工作中積累的經(jīng)驗，設(shè)計一艘內(nèi)河A級

2、拖船的螺旋槳。關(guān)鍵詞螺旋槳 直徑 螺距比 盤面比 槳葉輪廓形狀A(yù)bstractPropeller 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

3、 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

4、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 propellerKeywordsPropellers diameter pitch of screws ratio pie area ratio paddle outline目 錄摘要I關(guān)鍵詞IAbstractIKeywordsI0 引言11

5、 結(jié)構(gòu)與計算要素11.1 結(jié)構(gòu)組成11.2理論基礎(chǔ)11.3 工作原理21.4 計算要素22 項目設(shè)計過程及結(jié)果與分析32.1 船體估算數(shù)據(jù)32.2 螺旋槳要素選取及結(jié)果與分析42.3 推力曲線及自由航行計算及結(jié)果與分析62.4 強度計算結(jié)果與分析72.5 計算總結(jié)92.6 螺旋槳模型的敞水實驗93螺旋槳設(shè)計的發(fā)展103.1 節(jié)能減排促使螺旋槳加快創(chuàng)新114結(jié)論11致謝12參考文獻12附錄130 引言 船在水面或水中的航行時遭受阻力，為了使船舶能保持一定的速度向前航行，必須供給船舶一定的推力，以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠專門的裝置或機構(gòu)通過吸收主機發(fā)出的能量并把它轉(zhuǎn)換成推力而得，

6、而這種專門吸收與轉(zhuǎn)換能量的裝置或轉(zhuǎn)換能量的裝置或機構(gòu)統(tǒng)稱為推進器。推進器種類很多，例如風(fēng)帆，民輪，直葉推進器，噴水推進器及螺旋槳等，螺旋槳構(gòu)造簡單，造價低廉，使用方便，效率較高，是目前應(yīng)用最廣的推進器。螺旋槳為船的前進提供的推力，但影響螺旋槳推進性能的因素很多，在處理這些因素時，往往會出現(xiàn)得此失彼，互相矛盾又互相統(tǒng)一的復(fù)雜現(xiàn)象，所以都會從螺旋槳的效率、空泡、強度、工藝和振動等方面作統(tǒng)盤考慮。但是一般螺旋槳裝在船后，流體經(jīng)過船體是要受到影響，其速度和方向與船前面的流體比較都不相同：另一方面，螺旋槳的工作對船體的阻力也有影響，如何考慮它們之間的相互影響是設(shè)計存在的問題。本設(shè)計的指導(dǎo)思想是把最能滿足

7、船舶性能要求的那些因素作為主要矛盾加以解決。1 結(jié)構(gòu)與計算1.1結(jié)構(gòu)組成 螺旋槳俗稱車葉，通常由槳葉和漿轂組成。螺旋槳與尾軸連接部分叫漿轂，漿轂是一個錐形體。為了減小水的阻力，在漿轂后端加一整流罩，與漿轂形成一光順流線形體，稱為轂帽。 螺旋槳在水中產(chǎn)生推力的部分叫槳葉，槳葉固定在漿轂上。普通螺旋槳常為3葉或4葉，2葉螺旋槳僅用于機帆船或小艇上，近年來有些船舶（如大噸位大功率的油船），為避免震動而采用5葉或5葉以上的螺旋槳。 由船尾向前看時所見到的螺旋槳槳葉的一面稱為葉面，另一面稱為葉背。槳葉與轂連接處稱為葉根，槳葉的外端稱為葉梢。螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時先入水的一邊稱為導(dǎo)邊，另一邊稱為隨邊。螺旋槳旋轉(zhuǎn)

8、時葉梢的圓形軌跡稱為梢圓。梢圓的直徑稱為螺旋槳直徑，以D表示。梢圓的面積稱為螺旋槳的盤面積以Ao表示，可用下式表示它們之間的關(guān)系： Ao=D2/4 由船后向前看去，螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)為順時針者稱為右旋槳，反之，則成為左旋槳。裝于船尾兩側(cè)之螺旋槳，左槳左旋，右槳右旋稱為外旋槳，左槳右旋，右槳左旋稱為內(nèi)旋槳。1.2 理論基礎(chǔ) 螺旋槳理論按其內(nèi)容發(fā)展階段可分為動量理論、葉元體理論和環(huán)流理論。在這里主要介紹動量理論。 推進器的動量理論早在19世紀末已確立，它認為螺旋槳的推力是因其使水產(chǎn)生動量變化所致的，所以可通過水的動量變更率來計算推力。由于忽略的因素過多，所得到的結(jié)果與實際情況有一定的距離，不能用作計算

9、或設(shè)計的依據(jù)。但是，由于推進器的動量理論還能簡略地說明推進器產(chǎn)生推力的原因，而且某些結(jié)論也有一定的實際意義。 先簡要的分析螺旋槳在水中的運轉(zhuǎn)的情況。我們通常把由于螺旋槳運轉(zhuǎn)使水流產(chǎn)生的運動速度稱為誘導(dǎo)速度。為了便于分析研究問題，把誘導(dǎo)速度分解為兩個分量：一個是平行于槳軸方向，另一個是垂直于軸平面內(nèi)的圓周方向。沿圓周方向的誘導(dǎo)速度分量稱為周向誘導(dǎo)速度，其方向與螺旋槳軸向運動方向相反。沿圓周方向的誘導(dǎo)速度分量稱為周向誘導(dǎo)速度，其方向與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相同。對于負荷（指螺旋槳承擔(dān)的推力）較重的螺旋槳?？梢园l(fā)現(xiàn)螺旋槳尾流有較嚴重的收縮現(xiàn)象，這時水質(zhì)點還存在徑向誘導(dǎo)速度。 往往由于對誘導(dǎo)速度的處理不同，產(chǎn)

10、生了不同的螺旋槳理論，例如忽略了周向誘導(dǎo)速度的影響，應(yīng)用動量定理可得到理想推進器理論，若同時考慮周向誘導(dǎo)速度應(yīng)用動量矩定理便可得到理想螺旋槳理論。1.3工作原理 螺旋槳的工作是靠槳葉向后撥水來實現(xiàn)的。它在工作時，一面隨主機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，一面隨船舶前進而前進，這兩種運動的組合即為螺旋運動。 螺旋槳工作時，發(fā)出的推力用以克服船的阻力，推船前進。遭受的阻力矩由主機發(fā)出的旋轉(zhuǎn)力矩克服之?？梢姡斅菪龢赞D(zhuǎn)速n進行旋轉(zhuǎn)時，必須吸收主機所供給的轉(zhuǎn)矩Q，才能克服力矩。螺旋槳吸收的功率為2nQ。螺旋槳在運動中產(chǎn)生推力T,且以進速VA推船前進，其所發(fā)揮作用的功率為TVA.故螺旋槳的效率為 o = 推功率/吸收功率

11、=TVA/2nQ 為了提高螺旋槳的效率，總是力求使螺旋槳所產(chǎn)生的推力增大，而使運動中所遭受的阻力矩減少，從而使主機供給的轉(zhuǎn)矩減小。1.4結(jié)構(gòu)計算要素1）螺旋槳直徑：首先考慮與尾型和吃水的關(guān)系，在繪制船體線型時，已基本決定了螺旋槳的軸線位置和可能的最大直徑。從尾型和吃水條件看，普通船舶的螺旋槳直徑大約在下列范圍：單槳D=(0.70.8)Tw;雙槳D=(0.60.7)T w. 式中Tw為船舶滿載時的船尾吃水。只要螺旋槳直徑未超過尾型和吃水條件的限制，就可以通過設(shè)計圖譜求得敞水效率最佳的螺旋槳直徑。但是由于船后伴流不均勻性的影響，敞水最佳直徑與船后最佳直徑略有差別。隨著伴流不均勻的程度，最佳直徑應(yīng)有

12、不同程度的減?。簡螛幍奈恢玫陌榱鞑痪鶆蛐暂^大，最佳直徑要減35%；雙槳所處的位置伴流比較均勻，最佳直徑約減少24%。2）螺距比HD：在進速系數(shù)相同時，螺距比越大，推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)也越大，這是因為螺距比大時具有較大的攻角的緣故。當進速系數(shù)較小時，螺距比小者效率較高，而在進速系數(shù)較大時，則螺距比大者效率較高。在螺距比小于1.5的范圍內(nèi)，HD越大，螺旋槳的最高效率越大。而在螺距比大于1.5時，螺旋槳的最高效率大致不變。通常，螺距比是指也梢處或0.7R處的螺距與直徑之比。實踐證明，采用等螺距槳葉并不很好，單槳尤其如此。槳葉沿徑向處于不同的伴流區(qū)，每一切面在不同的伴流中工作，若采用等螺距分布，葉根

13、切面可能遇到很大的攻角，負荷較大，影響螺旋效率。因此，為了使槳葉不同半徑處的切角不致相差過大，以保持各切面的效率大致相等，減小尾流中的能量損失，從而提高效率，最好采用徑向變螺距的螺距分布形式。3）盤面比： 若螺旋槳的直徑、螺距、轉(zhuǎn)速和葉數(shù)均相等，則推力和轉(zhuǎn)距均隨盤面比的增加而增大。但盤面比大時，翼柵作用較甚，槳葉的摩擦阻力也較大，螺旋槳的效率就較低。盤面比太小時，因強度需要，勢必增加槳葉厚度，這時槳葉單位面積所發(fā)出的推力較大，容易發(fā)生空泡，且會增加渦旋阻力，致使效率反而降低。所以在設(shè)計螺旋槳時，均選擇不發(fā)生空泡的最小盤面比。4）槳葉輪廓形狀：槳葉的外形輪廓多螺旋槳的效率和空泡性都能有影響。但是

14、通過我們現(xiàn)場反饋的意見表明，對一般接近橢圓形的槳葉，葉形的變化對螺旋槳效率影響不大。5）葉數(shù)：螺旋槳葉數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)船型、吃水、推進性能、振動和空泡多方面加以考慮。一般認為若螺旋槳的直徑及展開面積相同，則葉數(shù)少者效率略高，葉數(shù)多者因葉片與葉片間產(chǎn)生的相互干擾作用較大，效率常略低。葉數(shù)多者對減小振動有利，葉數(shù)少者對避免空泡有利。6）螺旋槳轉(zhuǎn)速：螺旋槳轉(zhuǎn)速低一些，則直徑可以較大，效率也會較高，但對主機來說，轉(zhuǎn)速高，則機器效率高，主機的重量和尺寸也可以減小，從這里可以看出螺旋槳轉(zhuǎn)速和主機轉(zhuǎn)速要求之間是相互對立而又互相聯(lián)結(jié)。因此就需要螺旋槳的轉(zhuǎn)速和主機的轉(zhuǎn)速之間要匹配好。但在進行一般民用船舶的螺旋槳設(shè)

15、計時，主機往往是從現(xiàn)已生產(chǎn)的一定功率的幾種船用主機中加以比較選取，更多的情況是先有主機再進行船舶設(shè)計。因此在設(shè)計螺旋槳時，螺旋槳的轉(zhuǎn)速常是給定的。7）螺旋槳的數(shù)目：一艘船是選用一個螺旋槳好還是選用兩個螺旋槳好，必須綜合考慮推進性能、操作性能及主機性能或數(shù)目等各方面的因素，需要根據(jù)各類船舶的不同特點來選取。通常習(xí)慣是按同航線同類型的船來選取螺旋槳數(shù)目，且螺旋槳數(shù)目與船尾線型直接有關(guān)，故在船舶初步設(shè)計時已決定了螺旋槳的數(shù)目。 在功率相同的情況下，則但螺旋槳船的推進效率高于雙螺旋槳，這時因為單螺旋槳位于船尾縱中剖面上，伴流較大，而且單槳的直徑較雙槳大，故其效率較高。2 項目設(shè)計過程及結(jié)果與分析船體主

16、尺度及船型系數(shù)這個螺旋槳設(shè)計來自于一艘內(nèi)河A級拖船，以下是與該設(shè)計有關(guān)的船體的主尺度及船型系數(shù)：總 長 23.7米 水線長 23米型 寬 5.30米 型 深 2.0米設(shè)計吃水 1.25米 設(shè)計排水量 88.7噸艏舷高 2.55米 艉舷高 2.25米方形系數(shù) 0.578 水線面系數(shù) 0.809中剖面系數(shù) 0.917 縱向菱形系數(shù) 0.630浮心縱向位置 -0.6512.1 船體估算數(shù)據(jù)該船體有效效率估算（茲萬科夫法），見表1垂線間長 L 22.0 m型寬 B 5.3 m吃水 T 1.25 m方形系數(shù) Cb 0.57摩擦阻力系數(shù) f 0.1497有隧道 m 1.2水溫 t 1.5 舯橫剖面面積 A

17、m 6.0884 m²浸水面積 99.462m剩余阻力系數(shù) 2.23501船速 Vskn 7 8 9 10 11 2Vm/s3.60084.11524.62965.1445.6584 3V1.8310.4313.3116.5220.0323.85 4f*V1.83155.2198.2245.9298.1355.0 5Fn0.2450.2800.3150.3500.385 64Fn自航船0.9811.1211.2611.4011.541 7X=1.7+（6）2.6812.8212.9613.1013.241 8V31.02154.10493.497160.683275.308 9*Cb

18、*Am*(8)240.6419.6725.21246.32135.410R=(4)+（9）kgf395.8617.8971.01544.42490.311EHP=(10)(2)/75hp19.033.959.9105.9187.9121.2*Rkgf475.0741.41165.31853.32988.4131.2*EHRhp22.840.771.9127.1225.5表12.2 螺旋槳要素選取及結(jié)果與分析2.21 螺旋槳要素選取（見表2） 靜深水狀態(tài)下的設(shè)計拖帶航速： Vs=13km/h7.0kn 螺旋槳直徑： D=1.10m 主機型號： NT/NTA885-M 數(shù)量： 2臺 MCR: 20

19、0hp x1744rpm功率儲備： 10%設(shè)計點工況： 180hp x1744rpm齒輪箱減速比： 4 : 1螺旋槳轉(zhuǎn)速： N=436rpm軸系效率： s=0.96齒輪箱傳遞效率： g=0.97伴流分數(shù)： w=0.13推力減額： f=0.14船身效率： h=0.989 項 目單位 數(shù)值伴流分數(shù) w 0.13拖航狀態(tài)設(shè)計航速 V kn 7V A =V(1-w) kn 6.09P D=MCR x 0.9 x s x g hp 167.6V A kn 6.09N rqm 436D m 1.10Bp x 海水/淡水=( N x ) / VA2.5 x海水/淡水(MAU圖譜為海水中圖譜，本船為內(nèi)河船)7

20、.95=(N x D)/ V A 78.75表2根據(jù)，Bp查MAU圖譜得（如表3所示）：圖譜類型螺距比P/D敞水效率MAU4400.840.475MAU4550.820.469MAU4700.800.457表3空泡校核 （伯利爾限界線）（如表4所示）：設(shè) 計 功 率Pd= 167.6 hp設(shè)計轉(zhuǎn)速 N= 436 r/min淡水重度 = 1000 kgf/m3槳 軸 沉 深hs= 0.6 m標 準 大 氣 壓 力Pa= 10330 kgf/m2水15氣化壓力 Pv= 174 kgf/m2伴 流 分 數(shù)W= 0.13相 對 旋 轉(zhuǎn) 效 率g= 1.0螺 旋 槳 直 徑 D= 1.1 m盤 面 比

21、Ae/Ao= 0.4螺旋槳螺距比 P/D= 0.84葉數(shù) Z= 4 項 目單位MAU440MAU455MAU470Ae/Ao0.400.550.70Vskn7.07.07.0VA=0.5144Vs(1-w) m/s3.1333.1333.133V20.7R=V2a+(0.7 x N/60 x D)2 m/s318.81318.81318.810.7R=(Pa+hs-Pv)/ 1/2(V20.7R)0.66150.66150.6615Tc (查伯利爾螺旋槳限界線)0.2120.2120.212o0.4750.4690.457T=PD x o x 75/VA kgf1905.91881.91833

22、.7需要Ap=T/(c x 1/2(V20.7R) m20.5530.5530.546實有Ap=Ae/Ao x /4D2 (1.067-0.229P/D) m20.3320.4600.588表42.22 結(jié)果與分析經(jīng)計算分析可知滿足空泡要求的最小盤面比約為Ae/Ao=0.65根據(jù)MAU440、MAU455、MAU470查得結(jié)果內(nèi)插可知：在該盤面比下的螺距P/D=0.807,敞水效率o=0.4612.3 推力曲線及自由航行計算 拖船有兩種典型的航行狀態(tài)：自航狀態(tài)和拖航狀態(tài)。拖船在自由航行狀態(tài)時，螺旋槳發(fā)出的推力只用于克服船體阻力;拖船在拖帶航行時，除了克服船體自身阻力外，還需要克服拖鉤上的拉力。

23、兩種不同工況螺旋槳的工作狀態(tài)相差很明顯，因此，設(shè)計狀態(tài)的選取需要進行具體的分析比較。 一般來說，可以根據(jù)拖船的使用情況來決定螺旋槳的設(shè)計工況。例如，專門用于拖帶駁船隊的拖船，其大部分工作時間用于拖帶，對拖力的要求特別高，則以拖帶狀態(tài)設(shè)計螺旋槳為主。本設(shè)計項目就以拖帶狀態(tài)設(shè)計螺旋槳。 拖船的螺旋槳通常是按設(shè)計航速Vs設(shè)計的。要計算設(shè)計航速時螺旋槳發(fā)出的推力，首先需要根據(jù)設(shè)計航速確定此螺旋槳的進速系數(shù)J，有螺旋槳的葉數(shù)、盤面比、螺距比及進速系數(shù)查螺旋槳的性征曲線圖，可得螺旋槳在此工況下的KT.根據(jù)KT就可以求出敞水推力，考慮推力減額后即可得螺旋槳在船后發(fā)出的有效推力。2.31 設(shè)計航速時有效推力（

24、如表5所示）： 扭矩： M=75 x 60 x Po/2N= 275.3kgf.m序 號項 目 單 位數(shù) 值 1假定航速Vskn 7 2VA=Vs x (1-w) x 0.5144m/s 3.133 3J 0.392 4KT 0.227 5KQ 0.0305 6T=2x(KT/KQ)(M/D)(1-t)kgf 3205.3 表5 當拖船高于設(shè)計拖速航行時，相當于阻力減小，由于進速VA比原設(shè)計狀態(tài)有所增加,即VAVA此時螺旋槳發(fā)出的推力與吸收的轉(zhuǎn)矩減小，因而螺旋槳負荷變輕，則主機就可毫不費力地轉(zhuǎn)動螺旋槳，使轉(zhuǎn)速越轉(zhuǎn)越快并超過額定轉(zhuǎn)速而出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。長時間的使主機在超過額定轉(zhuǎn)速下工作時不允許的，所

25、以只有采取減小主機噴油量來控制轉(zhuǎn)速，使之不超過額定轉(zhuǎn)速。由于噴油量減小，主機轉(zhuǎn)矩減小，其功率發(fā)揮不足。所以高于設(shè)計航速時，螺旋槳與主機配合的特點是保持原設(shè)計轉(zhuǎn)速不變，而主機功率發(fā)揮不出來。2.32 高于設(shè)計航速時的有效推力（如表6所示）： n=7.267 轉(zhuǎn)/秒序 號 項 目 單 位數(shù) 值 1假定航速Vskn8.0 9.0 10.0 11.0 2VA=Vs x (1-w) x 0.5144m/s3.580 4.028 4.475 4.923 3J0.448 0.504 0.560 0.616 4KT0.204 0.180 0.155 0.130 5T=2 x KTn2 D4(1-t)kgf27

26、61.8 2437 2105.9 1764.9表6 當拖船低于設(shè)計拖速航行時，相當于阻力增加，由于進速VA比原設(shè)計狀態(tài)有所下降,沖角增加，使螺旋槳工作時遇到的阻力矩增加。因機器的轉(zhuǎn)力矩不能再增加，就出現(xiàn)主機帶不帶螺旋槳現(xiàn)象。此時只能采取降低轉(zhuǎn)速的方法，使螺旋槳收到的轉(zhuǎn)力矩下降，直至與主機的額定轉(zhuǎn)力矩相等?？傊诖藸顟B(tài)下，螺旋槳與主機配合的特點為轉(zhuǎn)力矩保持設(shè)計狀態(tài)不變，而螺旋槳轉(zhuǎn)速下降，使螺旋槳不能充分吸收主機的額定功率。 計算此狀態(tài)下螺旋槳發(fā)出的有效推力，由于轉(zhuǎn)速時變化的，而且是未知的，因而在假設(shè)航速下并不能求得進速系數(shù)J，故計算直接從假設(shè)進速系數(shù)J開始，反求相應(yīng)的轉(zhuǎn)速及航速。2.33 低于

27、設(shè)計航速時的有效推力（如表7所示）： M=75 x 60 x Po/2N=275.3 kgf.m序 號項 目單位系泊低于設(shè)計航速1假定進速系數(shù)J 00.1 0.2 0.3 0.42KQ0.04490.0415 0.3801 0.0343 0.03233KT0.37190.3719 0.3015 0.2641 0.24434推力減額t0.050.07 0.09 0.12 0.135N=60xrpm366.8381.4 398.2 419.5 432.56相應(yīng)航速Vs(kn)kn0.001.56 3.26 5.16 6.20 7T=2x(KT/KQ)(M/D)(1-t)kgf3945.23781.

28、9 3611.1 3395.1 3300.3表72.34 自由航行速度的確定 將表格計算結(jié)果畫成推力速度曲線（TV） 推力曲線與船體阻力曲線之交點對應(yīng)的速度為自由航行速度見附錄（圖1） V=10.14kn=18.78km/h2.4 強度計算結(jié)果與分析我們所設(shè)計與制造出來的螺旋槳，應(yīng)該具有較高的效率和足夠的強度，以便保證船舶安全航行和充分發(fā)揮螺旋槳的效能，另一方面使船在正常航行狀態(tài)下，槳葉不致破損或斷裂。但是不能單純追求強度大、槳葉厚，這樣不僅浪費材料，而且對螺旋槳的性能也沒有好處。所以，在設(shè)計螺旋槳時，必須進行強度校核，其目的是確定足以保證強度的葉片厚度，及沿徑向的分布規(guī)律。螺旋槳槳葉可看作固

29、定于漿轂的懸臂梁。當螺旋槳在水中操作時，作用在槳葉上的流體動力有軸向的推力（T/Z）及轉(zhuǎn)向相反的阻力（F/Z），兩者都使槳葉產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。此外由于螺旋槳槳葉在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力（C），使槳葉受到拉伸作用，若槳葉具有側(cè)斜或者縱斜，則離心力還有受槳葉產(chǎn)生彎曲。螺旋槳的強度校核就是核算在這些外力作用下，槳葉切面強度是否滿足需要。若不能滿足需要時，則需增加葉片的厚度。但隨著厚度的增加螺旋槳效率下降，所以應(yīng)當在滿足強度的前提下選取較薄的葉片。由于槳葉是扭曲的變截面懸臂梁，且其橫截面并不對稱，同時作用在槳葉上的外力也難精確算出，故在螺旋槳設(shè)計中，一般都用理論和實驗相結(jié)合的近視辦法來進行螺旋槳的強度計算。這

30、里介紹內(nèi)河船螺旋槳強度校核方法。邏姆遜強度校核法邏姆遜強度校核法是內(nèi)河船舶螺旋槳強度校核中常用的一種方法。此法是以切面所收的最大壓應(yīng)力來校核槳葉的強度。并且認為在只有半徑為0.2R和0.6R處的切面能滿足強度要求，則整個槳葉就能滿足強度要求，所以只需校核上述兩個切面的最大壓應(yīng)力。最大壓應(yīng)力由兩部分組成，一是推力和選擇阻力引起，即收到功率直接相關(guān)的壓應(yīng)力1，另一個是由離心力引起的壓應(yīng)力2，故總的最大壓應(yīng)力為： = 1 + 22.41 強度計算結(jié)果 螺旋槳材料 鎳鋁青銅（Cu3） 最小抗拉強度b 590N/mm2 材料比重 G 7.6g/cm3 材料系數(shù) K 1.38 主機輸出功率 Ne 200h

31、p(147kw) 螺旋槳轉(zhuǎn)速 ne 436rpm 螺旋槳直徑 D 1.100m 螺旋槳盤面比 Ae 0.650 螺旋槳螺距比 P/D0.70R 0.807 螺旋槳螺距比 P/D0.60R 0.807 螺旋槳螺距比 P/D0.25R 0.807 螺旋槳后傾角 10.00 螺旋槳葉數(shù) Z 4 2.42結(jié)果分析根據(jù)中國船級社鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范（2001）及修改通報（2004）（見下表8）： r/R 0.25 0.60 K1 634 207 K2 250 151 K3 1410 635 K4 4.00 34 B 0.292 0.400A1=D/P(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4

32、2144.9 777.5Y=1.36A1Ne/(ZbN) 843.0 222.6 K5 82 23 K6 34 12 K7 41 65 K8 380 330A2=D/P(K5+K6)+K7+K8 1312.9 1157.2 K 1.38 1.38 G 7.6 7.6X=(A2xGxAe/AoxN2xD3)(Zb1010) 0.141 0.090T=SQRT(Y/(K-X) 26.1 13.1T(實有) 42.0 24.0表8由表8得出此計算結(jié)果滿足規(guī)范對強度的要求。2.5 計算總結(jié) 直徑 D=1.10m 槳數(shù) 2只 螺距比 P/D=0.807 盤面比 Ae/Ao=0.65 葉型 MAU 葉數(shù)

33、Z=4 材料 鎳鋁青銅（Cu3） 重量 170kg 自由航速 18.8km/h2.6 螺旋槳模型的敞水實驗 螺旋槳模型單獨在靜水中的實驗稱為敞水實驗，實驗可以在船模實驗池或空泡水筒中進行。它是檢定和分析螺旋槳性能較為簡便的方法。 螺旋槳敞水實驗的目的有以下幾條：1）進行螺旋槳模型的系列實驗，將所得的結(jié)果繪制成圖譜，以供螺旋槳設(shè)計之用；2）根據(jù)系列選取的結(jié)果，可以全面系統(tǒng)地分析螺旋槳各種幾何要素對性能的影響，以供設(shè)計時正確選擇各種參數(shù)，并為改善螺旋槳性能提供方便；3）為配合自航實驗和進行同一螺旋槳的敞水實驗時，以分析推進效率成分，比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣，便于選擇最佳的螺旋槳。 由設(shè)計和實驗證明，

34、要使幾何相似的螺旋槳成為動力相似，主要具備的條件是進速系數(shù)J相等。就是說，不論實際螺旋槳與模型螺旋槳旋槳之間的絕對尺度和運動速度怎么不同，只要保持它們之間的幾何相似、進速系數(shù)J相等，則無因次系數(shù)KT、KQ和o均相等，因此可將螺旋槳的模型實驗結(jié)果應(yīng)用于其幾何相似的實際螺旋槳中。當幾何形狀或進速J改變時，則無因次系數(shù)KT、KQ和o亦隨之改變；因此對于幾何形狀一定的螺旋槳來說，其水動力性能只與進速系數(shù)J有關(guān)，而KT、KQ和o為進速系數(shù)J的函數(shù)，因此可以寫成下列三式： KT = T / n2D4 = f1(J)KQ = Q/ n2D5 = f2(J)o = (KT / KQ).(J/2) = f3(J

35、) 螺旋槳實驗的目的就是要測定螺旋槳的性能數(shù)據(jù)，即求出上述KT、KQ和o與J的變化規(guī)律，一般是采用保持模型的轉(zhuǎn)速n不變，而以不同的進速VA進行實驗來改變進速系數(shù)J的值。3螺旋槳設(shè)計的發(fā)展3.1節(jié)能減排促使螺旋槳加快創(chuàng)新減少排放和節(jié)省燃油成本促使越來越多的船東將注意力轉(zhuǎn)向螺旋槳。目前，有兩款新技術(shù)應(yīng)用于船舶螺旋槳。具有順槳功能的雙螺旋槳     單一主機在較低的功率水平時會損失效率，而依*采用較小雙主機的雙螺旋槳操作可提供更大的靈活性，在船舶需要以略低的航速航行時可以僅使用一組推進裝置，在需要時可起動余下的另一臺主機。除了增加冗余外，雙槳配置由于較少的排放而對環(huán)境有

36、益。Berg Propulsion公司最近推出帶有對雙螺旋槳船有順槳功能的Berg可調(diào)螺距螺旋槳。該公司認為，這個解決方案特別適合沿海液貨船。     船舶在較低航速航行時使雙螺旋槳中的一只螺旋槳處于順槳狀態(tài)的概念是，將2只螺旋槳中不工作的螺旋槳槳葉旋轉(zhuǎn)90度，使它們與水流平行，從而使阻力降到最小并進一步節(jié)省工作主機燃燒的燃油。順槳是連接和脫開不需工作的軸系的更有效替代方法。     首批具有順槳功能的BCP安裝于中國的鼎衡（江蘇）造船建造的船長100米的化學(xué)品運輸船上，以及在佛羅利達Eastern Shipbuilding Grou

37、p建造的船長85.5米的渡船上。Berg公司認為，對現(xiàn)有船舶改裝這種設(shè)計的螺旋槳也有極大的潛力，投資可得到快速回收，同時可減少污染。        Promas 概念螺旋槳     提高效率和滿足新的環(huán)境挑戰(zhàn)的另一種解決方案是Rolls-Royce Marine公司的Prom as概念。它的特色是螺旋槳的槳轂?zāi)苁顾鞴忭樀亓飨蜓b有Costa舵球的扭曲舵。吸引人的是其推進效率可提高6%，這種技術(shù)對于中小型船舶和化學(xué)品運輸船特別有吸引力。     光順螺旋槳流入帶扭曲導(dǎo)邊舵的水流，可以回收

38、漩渦能量，并消除轂渦。扭曲程度不是固定的，應(yīng)適合于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向。螺旋槳槳葉上的負荷也可以重新分布，以達到更高的效率，同時降低噪聲和振動。壓力脈動的實際減少預(yù)計平均約為25。     在正常轉(zhuǎn)舵時，失速臨界角可減小34度，而在機動操縱時可提供較大的角度和較高的升力，并限制舵的空化現(xiàn)象。因此，可減小普通舵的面積，在低速時產(chǎn)生15的額外側(cè)向力。一個光順的蓋帽有助于產(chǎn)生更好的水流和減少損耗。     Rolls-Royce聲稱，安裝Promas后，船東可以在2年內(nèi)收回成本。正在研究的1艘載重量為8000dwt的普通化學(xué)品運輸船或成品油船，方形系數(shù)為0.81，服務(wù)航速計劃為15kn?？紤]3種不同的舵