螺旋槳的強度計算

1、 第八章螺旋槳的強度校核為了船舶的安全航行，必須保證螺旋槳具有足夠的強度，使其在正常航行狀態(tài)下不致破損或斷裂。為此，在設(shè)計螺旋槳時必須進行強度計算和確定槳葉的厚度分布。螺旋槳工作時作用在槳葉上的流體動力有軸向的推力及與轉(zhuǎn)向相反的阻力，兩者都使槳葉產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時槳葉本身的質(zhì)量產(chǎn)生徑向的離心力，使槳葉受到拉伸，若槳葉具有側(cè)斜或縱斜，則離心力還要使槳葉產(chǎn)生彎曲。此外，槳葉上也可能受到意外的突然負荷，例如：碰擊冰塊或其他飄浮物體等。同時螺旋槳處于不均勻的尾流場中工作，使槳葉受力產(chǎn)生周期性變化，故較難精確地算出作用在槳葉上的外力。在計算槳葉的強度時，我們可以把槳葉看作是扭曲的、變截面的懸

2、臂梁，而且其橫截面是非對稱的，故計算較為復(fù)雜，即使能正確地求得槳葉上的作用力，要精確地進行強度計算也是很困難的。目前，對于動態(tài)負荷（即計及伴流不均勻性影響）下螺旋槳的強度計算方法雖然有所發(fā)展，但計算繁復(fù)，付之實用還為時尚早。故在螺旋槳設(shè)計的實踐中，一般都用理論和實驗相結(jié)合的近似方法來進行螺旋槳的強度計算。計算螺旋槳強度的近似方法很多，中國船級社于2001年頒發(fā)的鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范（以下簡稱規(guī)范）中對螺旋槳的強度也有了規(guī)定，因為比較偏于安全，用近似方法計算的厚度未必一定能滿足規(guī)范的要求，因此對“入級”海船應(yīng)采用規(guī)范規(guī)定的方法計算。本章中主要介紹我國2001年規(guī)范的規(guī)定，由此確定槳葉厚度。為了

3、使讀者了解槳葉上的受力情況，對于分析計算方法也作必要的介紹。8-1規(guī)范校核法一、螺旋槳槳葉厚度的確定為了保證螺旋槳的安全，中國船級社2001年鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范第三分冊第三篇第十一章中，對螺旋槳的強度要求作了明確具體的規(guī)定。螺旋槳槳葉厚度t（固定螺距螺旋槳為0.25R和0.6R切面處，可調(diào)螺距螺旋槳為0.35R和0.6R切面處）不得小于按下式計算所得之值：式中Y功率系數(shù)，按（8-2）式求得；(8-1)K材料系數(shù)，查表8-1；X轉(zhuǎn)速系數(shù)，按(8-3)式求得1功率系數(shù)1.36AN=ieZbne表8-1材料系數(shù)(8-2)材料碳鋼與合金鋼鐵素鋼與馬氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼Cui錳青銅Cu2鎳錳青銅C

4、u3鎳鋁青銅Cu4錳鋁青銅抗拉強度冷(N/mm2)400500450440440590630材料密度G(g/cm3)材料系數(shù)K7.97.77.98.38.37.67.50.571.041.04111.381.17式中A=D(KK)+KK1P12P3P40.70.7對于隨緣上翹的機翼型切面，上式求得之A值應(yīng)增加30%；1D螺旋槳直徑(m)；P所計算切面處的螺距(m)；P0.7R切面處的螺距(m)；0.7R螺旋槳半徑(m)；K，K，K，K系數(shù)，查表8-2；1234N主機的額定功率(kw)，eZ槳葉葉數(shù)，B所計算半徑處切面的弦長(m)；n螺旋槳在主機額定功率時的轉(zhuǎn)速(rpm)。e表8-2號號r #

5、KK1K2K3K4K5K6K7K80.25R634250141048234413800.35R5202851320166428574200.60R207151635342312653302.轉(zhuǎn)速系數(shù)(8-3)AGAn2D3X=2de1010Zb式中A=(K+K)+K+K；2P5678D、P、N、Z和b同前；8槳葉后傾角，()；K，K，K，K系數(shù)，查表8-2；5678G槳葉材料的重量密度(g/cm3)；A螺旋槳的盤面比。d對航行于冰區(qū)的船舶，螺旋槳槳葉還需進行加強，具體辦法在規(guī)范第三分冊第三篇第十四章中有明確規(guī)定。因限于篇幅，這里不再進行介紹。規(guī)范還規(guī)定，對于特殊設(shè)計的螺旋槳，允許用其他計算方法

6、來確定螺旋槳槳葉的厚度，但需取得驗船部門的同意。二、計算實例某3.5X104t散裝貨船，船長L=185m，型寬B=28.4m,設(shè)計吃水T=11.0m,方形系數(shù)PPC=0.821。主機額定功率N=1.11X104hp,轉(zhuǎn)速n=124rpm,按MAU型4葉螺旋槳設(shè)計Bee圖譜求得：螺旋槳的直徑D=5.6m，螺距比P/D=0.7，敞水效率n=0.521，盤面比A/A=0E00.586，航速V=14.68kn。槳葉的縱斜角8=10，螺旋槳的材料為ZQAL12-8-3-2,其重量密度為G=7.4g/cm3?，F(xiàn)要求按規(guī)范進行強度校核。根據(jù)已知條件可算出：0.7R切面處的螺距P=3.92m,0.70.25R

7、及0.6R處切面的弦長為：bb=0.7212卞-D=0.7212x0.332x5.6=1.342m；0.25Dbb=0.9911旨-D=0.9911x0.332x5.6=1.843m；0.6D由表8-1可查得材料系數(shù)K,由表8-2可查得K、K、K、K、K、K、K、K諸系數(shù)。12345678計算可按表8-3形式進行。表8-3計算結(jié)果單位所校核的葉切面0.25R0.6R槳葉寬度b1.3421.8420.7R處DIPDIP0.71.42861.4286DIP1.42861.4286A1=P2,405.80860.69A=D(K+Ks)+Ks+K2P56781.36ANY=1_eZbneAGAn2D3

8、X=2dj1010Zb1,392.8640,118.80.30381,184.2910,451.20.1881規(guī)范要求最小厚度t=mm211.6101.6標(biāo)準(zhǔn)槳葉切面厚度tmm214.2122.1由表8-3的計算結(jié)果可見，滿足規(guī)范要求的最小厚度為：t=211.6mm0.25Rt=101.6mm0.6R而標(biāo)準(zhǔn)槳在相應(yīng)半徑處切面的厚度為:t=214.2mmn0.25Rt=122.1mmn0.6R大于規(guī)范的要求。若采用標(biāo)準(zhǔn)槳的厚度及其分布，則可以滿足強度的要求，且略有裕度。8-2分析計算法本節(jié)討論在靜態(tài)負荷下螺旋槳強度的計算問題。所謂靜態(tài)負荷，就是假定作用于槳葉上的外力負荷不變。在應(yīng)用這種方法進行計

9、算時，把槳葉作為簡單的懸臂梁，首先計算出每一槳葉上的推力、旋轉(zhuǎn)阻力及離心力對計算切面的彎矩，然后根據(jù)切面的幾何特性確定所受的應(yīng)力。螺旋槳工作時，槳葉根部所受的應(yīng)力最大。實踐證明，螺旋槳槳葉常在葉根附近斷裂，所以應(yīng)用計算分析法來校核槳葉強度時，主要計算葉根處切面的強度（略去填角料）。一、推力和旋轉(zhuǎn)阻力所產(chǎn)生的彎矩(8-15) (8-15) 螺旋槳運轉(zhuǎn)時，推力T和轉(zhuǎn)矩Q沿槳葉半徑的分布是不規(guī)則的，如圖8-1(a)、(b)中的實線所示。如果要計算任意半徑r處切面的應(yīng)力，則可用積分法確定該切面以外(至葉梢)部p分的作用力對該切面產(chǎn)生的彎矩。圖8-1考慮槳葉上半徑r處dr微段的葉元體，設(shè)dT為該葉元體上

10、所受之推力(見圖8-1(c),則半徑r以外1槳葉所受的推力對r處切面的彎矩M為；式中R螺旋槳半徑；T1丁MR(r-r)drTrdrPp(8-4)dT=dKpn2D41ZT(8-5)其中，Z為槳葉數(shù)。若采用相對半徑x=r/R,x=r/R,并將(8-5)式代入(8-4)式，則得：ppM=Pn2D5i1-dKr(x-x)dxT2ZxdxPp彎矩M可以表示成螺旋槳推力系數(shù)的另一函數(shù)形式。如果K為螺旋槳在計算狀態(tài)的推TT力系數(shù)，x為槳轂相對半徑(x=r/R)，貝9有：hhhK1-dKrdxTxdxh(8-6)(8-7)從而(8-6)式可寫成：Kpn2D5T2ZJ1.0 xdKTdx-xJ1-0-dKrd

11、xxdxpxdxJMKdxxdx(8-8)如果知道推力系數(shù)沿徑向的分布形式，則即可按(8-8)式算出M。但是，要精確地求出推T力系數(shù)沿徑向的分布是很麻煩的，因此在計算時將作某些假定。對于等螺距或徑向螺距變化不大的普通螺旋槳，其推力系數(shù)分布可假定為如下的曲線形式：=kx2(1-x)1/2(8-9)1dKTZdx式中，k為常數(shù)。應(yīng)用此式可算出(8-8)式的積分，從而M可表示為:TKpn2D5T2ZG(x,x)ThP(8-10)函數(shù)G(x,x)已有人算得，并作成曲線示Thp于圖8-2中。據(jù)此可用(8-10)式確定xWxVIhp和0.2WxW0.4時由推力產(chǎn)生的彎矩M。對x=hTh0.170.18的情

12、況，在利用圖8-2查取G(x,x)Thp時可近似地取x=0.2時的數(shù)值。h更簡便的方法是假定推力沿槳葉徑向按線性規(guī)律分布，如圖8-1(a)中虛線所示。令dKT=kx(k為常數(shù))，則從(8-8)式可dx以得到：)xp,xh(GF,)xp,xh(GT2TR111=_x+x3Z(1-x2)32p6ph圖8-2(8-11)與求推力產(chǎn)生的彎矩相似，半徑r處dr段葉元體的旋轉(zhuǎn)阻力dF對半徑r處切面產(chǎn)生的lp彎矩為dF(r-r)，故在r以外至葉梢處所有切面所受之旋轉(zhuǎn)阻力對r處的彎矩為：lpppM=JRdr(r-r)drFrdrpp若引用旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)K=F/p2D4，則有：FdF1dF=dK-pn2D41ZZ

13、F把(8-13)式用相對半徑x表示并代入(8-12)式，貝9有：M=PnD5J1.0dKK(x-x)dxF2Zxdxpp(8-12)(8-13)(8-14)此式也可用轉(zhuǎn)矩系數(shù)來表示，因dKK=JQdxQxdxh(8-22) (8-22) 則利用dK=dKx/2,可以得至I：QFKpn2D5Q-ZJ1.0 xdKfdx一xJ1.0dK、dxxdxpxdxJ1.0 xdKFdxxdx(8-16)h如果取聆的分布形式與(8-9)式的推力系數(shù)分布形式相同，則可將(8-16)式進行積分并表示成：Kpn2D5M=qG(x,x)FZFhp(8-17)函數(shù)G(x,x)也用曲線形式表示于圖8-2中。Fhp當(dāng)假定

14、旋轉(zhuǎn)阻力F沿徑向為均勻分布時，如圖8-1(b)中虛線所示，即dK/dx=k(常數(shù)),F則從(8-16)式可以得至：M=2Q-x+丄x2fZ(1x2)2p2ph通常螺旋槳的收到馬力P(hp)及其轉(zhuǎn)速n(rpm)是已知的，故(8-18)式中螺旋槳的轉(zhuǎn)矩QD可按下式求出：(8-18)Q=4500Pd(kgfm)2nN(8-19)二、離心力及其所產(chǎn)生的彎矩螺旋槳工作時，槳葉上還受離心力的作用。設(shè)螺旋槳的轉(zhuǎn)速為n(轉(zhuǎn)/秒)，螺旋槳材料的重量密度為Ykgf/m3)，S為某半徑r處切面的面積(m2),則dr段葉元體所產(chǎn)生的離心力(見圖8-1(c)為：dC=(2nn)2Srdrg式中，g為重力加速度(m/s2

15、)o槳葉r三r,部分的離心力C為：p(8-20)C=4n2n2-JRSrdr(8-21)若槳葉的重量為G,槳葉重心至軸線的距離為r，則整個槳葉的離心力為:gGrgg式中，r可近似地按下式求得:gS=(0.670.73)bt(8-30) S=(0.670.73)bt(8-30) 圖8-3(8-23)d丄03（Dd）r=+0.3（）g222其中，D和d=2r分別為螺旋槳直徑及槳轂直徑。h此外，當(dāng)槳葉具有縱斜和側(cè)斜時（見圖8-3），其離心力的作用線并不通過計算切面的形心因而對該切面產(chǎn)生彎矩。設(shè)槳葉的縱斜角為8且各切面的形心位于與參考線OU平行的線上，則在計算半徑r處切面因縱斜產(chǎn)生的離心力彎矩p為：M

16、=4nn2tgsfRSr（r一r）drCgrpp（8-24）在圖8-3中，側(cè)視圖表示槳葉在各半徑處之最大厚度，C為槳葉之重心（它與G軸心距離為r）,C為計算半徑r處切面的gRp形心。對于弓型切面，其形心可取在最大厚度處距葉面為2t/5的地方（t為切面最大厚度），從而可以量取C與C之縱向距GR離l，或可近似取為：gl沁(r-r)tg(s+6)ggp此時(8-24)式可更簡便地寫成：M=l-CCg(8-25)對于具有側(cè)斜的螺旋槳，還應(yīng)計及離心力產(chǎn)生的彎矩M，因一般側(cè)斜與螺旋槳轉(zhuǎn)向相反,s故此彎矩與旋轉(zhuǎn)阻力產(chǎn)生的彎矩M方向相反（在無側(cè)斜或小側(cè)斜時也有可能方向相同）。在圖F8-3中正視圖上標(biāo)出重心C及

17、切面形心C之軸向投射位置。通過C繪一輻射線，由C至此GRGR輻射線間之垂直距離l即為離心力C對形心C的力臂。故因側(cè)斜所產(chǎn)生之離心力彎矩Ms為:sRsM=lC（8-26）SS三、合成彎矩及切面應(yīng)力計算圖8-4表示在半徑r處切面(或葉根處切面)承受彎矩的情況，圖中M及M以右手定則pTF規(guī)定的矢量來表示。嚴(yán)格說來，這些流體動力彎矩作用點并不與切面的形心相重合，但在實前進方向旋轉(zhuǎn)方向MSMFn際計算中，通常可近似地通過切面形心來取慣性主軸。圖8-4中軸為切面的最小慣性主軸(通過切面形心且與其弦線平行)，n-n軸為切面的最大慣性主軸(與E-E軸相垂直)。其正向如圖8-4所示。(8-27)o(n)=gma

18、xMw(n)gmax(8-28)o(g)=nmaxnw(g)nmax圖8-4TOC o 1-5 h z若將推力和旋轉(zhuǎn)阻力產(chǎn)生的彎矩M和M及離心力產(chǎn)生的彎矩M和M分解到切面的d-dTFcs軸及n-n軸上，則可得：M=(M+M)cos6+(MM)sinBM=(M+M)sin6(MM)cos6nTCFs式中，e為計算切面的螺距角。力矩m使槳葉在剛度最小的平面內(nèi)彎曲，而力矩m使槳葉在剛度最大的平面內(nèi)彎曲。匸n若已知葉切面的面積和抗彎剖面模數(shù)，則便能求出由彎曲力矩M和M之作用而引起的應(yīng)力。匸n設(shè)w(n)和w(d)分別為切面上具有最大坐標(biāo)n和d的點(如c、d、a、b諸點)對于d-dgmaxnmaxmaxm

19、ax軸和n-n軸的抗彎剖面模數(shù)，則彎矩m和旳耳在這些點上產(chǎn)生的應(yīng)力可分別寫成：若計算切面的面積為s,則離心力產(chǎn)生的應(yīng)力為:co=(8-29)Cs這里，S可根據(jù)切面形狀求得，或可用近似公式估算： 式中，b為切面弦長，t為切面最大厚度。若用慣性主軸將切面分成四個區(qū)域（見圖8-4），則在每個區(qū)域中因彎矩M、M、及離心匸n力C所產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)如下：區(qū)域甲乙丙丁M所生應(yīng)力K拉拉壓壓M所生應(yīng)力拉壓壓拉nC所生應(yīng)力拉拉拉拉由此可見，最大拉應(yīng)力應(yīng)在甲區(qū)內(nèi)切面的外緣，最大壓應(yīng)力在丙區(qū)內(nèi)切面外緣。也就是說，在葉切面上隨邊B點所受的拉應(yīng)力最大，葉背最大厚度處C點所受的壓應(yīng)力最大（對于切面邊緣有翹度者，最大拉應(yīng)力約發(fā)

20、生在葉面開始上翹處，梭形切面則約在葉面中點處）。綜上所述，合成彎矩及離心力所產(chǎn)生的總應(yīng)力一般可寫成如下形式A點所受之拉應(yīng)力：o(A)=a(n)/)+/匸AnACB點所受之拉壓力：MMCgn+w(n)w)sgAnAo(B)=a(n)O)+agBnBCC點所受之壓應(yīng)力：MMCg+n+w(n)w(E)sgBnB(8-31)(8-32)a(C)=a(n)a(E)+a=gCnCCD點所受之拉應(yīng)力：MMCgn+w(n)w(E)sgCnC(8-33)a(D)=a(n)a(E)+agDnDCMgw(n)gDMCn+w(E)snD(8-34)上述各式中，切面的抗彎剖面模數(shù)可根據(jù)切面形狀進行計算，或者可按下列近似

21、公式估算：(8-35)W(n)=abt2gmaxnw(E)=atb2nmaxg系數(shù)a和a值可據(jù)切面形式由表8-4查得。ng表8-4切面系數(shù)對于A點和B點對于C點對于D點弓形雙凸弓形機翼形弓形雙凸弓形機翼形弓形雙凸弓形機翼形a0.110.220.100.0750.190.0850.110.170.10a0.070.100.09gggg若計算所得的最大壓應(yīng)力（如葉背C點處的應(yīng)力）和最大拉應(yīng)力（如隨邊B點處的應(yīng)力）沒有超過材料的許用應(yīng)力，則認為螺旋槳的強度是足夠的。四、許用應(yīng)力在計算螺旋槳的強度時，通常都以船在全速航行情況下螺旋槳發(fā)出的推力及吸收的轉(zhuǎn)矩為依據(jù)。但當(dāng)開航時，其進速系數(shù)甚小，推力系數(shù)及轉(zhuǎn)

22、矩系數(shù)皆大，致使螺旋槳所受的應(yīng)力可能大于全速時的數(shù)值。螺旋槳在實際工作中因槳葉在不同位置時之伴流相差甚大，槳葉所受之應(yīng)力產(chǎn)生周期性變更，空泡及振動等使材料有剝蝕及疲衰作用。再者槳葉與槳轂之厚度相差甚大，在鑄造時兩部分的冷卻速度不同，使葉根部分的實際強度降低。此外，螺旋槳在工作中可能碰擊飄浮物體而遭受突然負荷。由于上述許多原因，故螺旋槳所取用的許用應(yīng)力值甚低，亦即其安全系數(shù)（或稱強度儲備系數(shù)）較大。許用應(yīng)力d以下式表示：L=o/k（8-36）式中，o為強度極限應(yīng)力；k為安全系數(shù)（強度儲備系數(shù)）。bb在實用上，螺旋槳的許用應(yīng)力隨船舶類型而異?？痛柏洿L時間以全馬力航行者許用應(yīng)力較小，軍艦經(jīng)常使用

23、部分馬力者許用應(yīng)力可用較大數(shù)值，高速快艇螺旋槳每單位面積需發(fā)出的推力甚大，不得不采用更大的許用應(yīng)力。表8-5列出了螺旋槳常用材料的性能和許用應(yīng)力范圍。從表中可見，其安全系數(shù)約為10左右。近年來，國內(nèi)外許多人認為將安全系數(shù)kb降低至8左右為宜。也有人認為內(nèi)河船螺旋槳的k可取6。另外，用推力為線性分布假定計b算時，若已考慮了離心力所引起的應(yīng)力，則可將表中的許用應(yīng)力加大2030%。表8-5材料名稱和牌號重量密度（tf/m3）錳青銅HMnFe55-3-1鋁青銅ZHA167-5-2-28.418.41鑄鋼7.85ZGA，ZGA2520球墨鑄鐵7.60QT40-10灰鑄鐵7.60HT21-40，HT24-

24、44許用應(yīng)力Q(kgf/cm2)450500620450500260280190220(拉伸)增強塑料（環(huán)氧）2.50200300極限拉應(yīng)力對海水的C（kgf/cm2）抗蝕性能45005000好表面光滑，可修補6200良好表面很光滑，可修補45005000400055001800260020003000稍差不易澆鑄，表面粗糙，強度計算后須加厚10%以抗腐蝕很難修補，葉片將比銅質(zhì)的厚2530%表面很粗糙，不能修補，葉片比銅質(zhì)的厚3035%表面很光滑，可修補，葉厚比銅質(zhì)的約大2025%8-3槳葉厚度的徑向分布如前所述，利用中國船級社2001年鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范中的規(guī)定，可以求得滿足強度要求的在

25、0.25R及0.6R處槳葉切面的最大厚度（可調(diào)螺距螺旋槳為0.35R及0.6R處切面的最大厚度）；或利用分析計算法確定槳葉根部處（一般取0.2R）切面的最大厚度。接下來的問題需要確定其余各半徑處切面的最大厚度，即厚度沿半徑方向的分布。一、槳葉的葉梢厚度在決定槳葉厚度沿徑向分布之前，首先要知道槳葉葉梢厚度t。一般螺旋槳葉梢厚度可由圖8-5據(jù)直徑D查得。也可采用如下的經(jīng)驗公式來確定:hm(度厚部梢葉2.03.04.05.06.0螺旋槳直輕(m)9811176543210987611111111葉梢部分的詳圖當(dāng)螺旋槳直徑DV3.0m時，取t=0.0045D(8-37)當(dāng)螺旋槳直徑D23.0m時，取t

26、=0.0035D(8-38)式中，t和D取相同單位。圖8-5二、槳葉厚度的徑向分布葉梢厚度確定以后，就可決定槳葉厚度的徑向分布。一般可采用如下幾種方式。1線性分布大多數(shù)螺旋槳的厚度沿徑向采用線性分布，即將葉梢厚度，與按規(guī)范確定的0.25R（或0.35R）處槳葉厚度用同一比例畫在圖上并連成直線，即可量得不同半徑處的槳葉厚度。實踐證明，這樣的厚度分布對0.6R處的強度總是過剩的，故可不必再行驗算。2非線性分布將葉梢厚度t與按規(guī)范計算得到的0.25R（或0.35R）及0.6R處切面的厚度三個點在圖上按同樣比例標(biāo)出，通過三點連成光順曲線，即可得到各不同半徑處槳葉厚度，這種分布形式可以節(jié)省些槳葉材料。3

27、荷蘭船模試驗池建議的厚度分布荷蘭船模試驗池建議槳葉各半徑處切面厚度可由下式計算：t=f(t-1)+1(8-39)xx0.2式中，t為0.2R處切面的厚度，t為x=y/R處切面的厚度。f為由表8-6所決定的系數(shù)。0.2xx表8-6決定葉切面最大厚度徑向分布的系數(shù)fxx0.30.40.50.6fxxfx0.8450.70.3180.6990.80.2060.5460.90.1000.4360.950.04958-4螺距修正螺旋槳設(shè)計中，有些參數(shù)往往與所用系列螺旋槳不同，例如：按上節(jié)強度計算所得的槳葉厚度小于選用系列槳的厚度時，尚可直接采用系列槳的厚度及厚度分布，其缺點是浪費材料。若計算中為滿足強度

28、要求不得不增加槳葉厚度時，將導(dǎo)致設(shè)計螺旋槳的葉厚分?jǐn)?shù)大于系列螺旋槳的葉厚分?jǐn)?shù)。有時設(shè)計螺旋槳的轂徑比不同于系列螺旋槳。在這種情況下，必須對設(shè)計螺旋槳的螺距進行修正，使二者性能相同?，F(xiàn)將修正方法簡述如下。一、轂徑比不同對螺距的修正設(shè)(d/D)為設(shè)計螺旋槳的轂徑比；d/D為系列螺旋槳的轂徑比。則所需的螺距比修正hhP量A()可按下式求得：DBP1()=(d/D)-d/D(8-40)DB10hh二、葉厚比不同對螺距的修正修正計算通常是根據(jù)0.7R處切面的螺距角e與無升力角a之和等于常數(shù)這一原則進行0的，即e+a=常數(shù)(8-41)0如圖8-6所示。切面的無升力角a可按下式計算：0a=57.3K(丄)(

29、)(8-42)0b式中，K為系數(shù)，與0.7R處的切面形式有關(guān),對MAU型螺旋槳K=0.735對B型螺旋槳K=0.813對弓型切面螺旋槳K=0.75設(shè)b為設(shè)計槳的厚度比，|為系列槳的厚度比，則修正后的螺距角e可由下式計算:tt3=3+aa3+57.3K()00bb(8-43)修正后的螺距為：PPtt塩-10.7nD=塩-10.7nD+(b-bP0.7nD-tg3下面再介紹一種螺距修正方法，以供參考。P由于厚度比不同對螺距比修正量AGD)可由下式表示：PPtA()=2(1s)A()DtDb0.7R(8-44)(8-45)P式中-DS設(shè)計螺旋槳的螺距比；滑脫比，按下式?jīng)Q定：130.866VS1ANP

30、V(1勸V(kn)A每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)；螺距(m)；=16)(7)-籌0.750.7RIb0.7Rb0.7RQIE設(shè)計螺旋槳0.7R處切面的厚度比;0.7R(b)b0.7R基準(zhǔn)螺旋槳0.7R處切面的厚度比；基準(zhǔn)螺旋槳展開面積比；E0a-E設(shè)計螺旋槳的換算展開面積比；1+1.1Q/DJh0(d/D)和(d/D)分別為設(shè)計槳和系列槳的轂徑比；hhA/A設(shè)計螺旋槳的盤面比。E0三、經(jīng)過修正后螺旋槳的螺距令修正后的螺旋槳螺距比為(P/D),則可由(8-40)、(8-44)式或(8-40)、(8-45)式來得到,m即PP(P/D)=+AF-)mDDB(7-46)PPP(P/D)=+心)+A()mDDB

31、Dt(7-47)四、螺距修正實例某船螺旋槳設(shè)計結(jié)果如下；采用AU型四葉螺旋槳，可達船速V=11.08kn,伴流分?jǐn)?shù)e=0.35,轉(zhuǎn)速N=260rpm,螺旋槳直徑D=2.57m,螺距比P/D=0.623，展開面積比AAf0.54,轂徑比(d/D)=0.179，根據(jù)強度計算求得0.7R處切面的厚度比(/b)=0.0594。h0.7R由于AU型螺旋槳的轂徑比d/D=0.18，且設(shè)計槳0.7R處切面厚度比不同于系列槳，故h必須進行螺距修正。1由于轂徑比不同所需的螺距修正A(P/D)=丄(d/D)-d/D=丄0.179-0.18=-0.0001B10hh102由于葉厚比不同所需的螺距比修正PtA(P/D

32、)=-2-(1-s)AF)tDb0.7R為方便起見，取AU4-55為基準(zhǔn)螺旋槳，故：a=0.55E0相應(yīng)的0.7R處切面厚度比為:(t/b)=0.05520.7Ra=1+1.1(d/D)-(d/D)EhhA0=1+1.10.1790.180.540=0.539所以A(t/b)=C/b)-(/b)-0.7RI0.7R0.7Rx0.75E=0.0594-0.0552I0.539130.866V30.866x11.08G-0.35)NP260 x0.623x2.57/0.75=0.002(P/D)=-2x0.623x0.534x0.002=0.0013t3.修正后的螺距比(P/D)=P/D+A(P/

33、D)+A(P/D)=0.623-0.0001-0.0013-0.622mBt這樣，經(jīng)螺距修正后該槳的水動力性能近似地與螺距比為0.623、轂徑比為0.18的系列螺旋槳相同。8-5螺旋槳重量及慣性矩計算在螺旋槳設(shè)計中，必須進行重量和慣性矩的估計，以提供軸系計算、工廠備料以及離心力計算等需要。螺旋槳的總重量為葉片重量和轂重量之和。通常比較精確的計算方法是：先根據(jù)槳葉不同半徑處各切面的形狀求得其切面面積，其次用近似積分法算出槳葉之體積和體積慣性矩，最后分別乘以材料的重量密度，即可得到螺旋槳之重量和重量慣性矩。由于AU型螺旋槳提供了切面有關(guān)資料，因而對此類螺旋槳利用近似數(shù)值積分方法并不復(fù)雜。圖8-7為

34、AU型螺旋槳切面的形狀。圖中G為切面重心，b為切面弦長，t為切面厚度。槳葉切面的面積S可由下式計算:S=Kbt(8-48)a式中，K為系數(shù)，由表8-7給出，表8-7中同時提供了切面重心的坐標(biāo)x和y。aGG表8-7r/R面積系數(shù)Ka0.20.40.67400.50.67450.60.67450.70.67700.80.68300.90.69501.0 x/bGy/tG0.43500.41100.43500.41100.44000.41130.45000.42000.46400.42000.48800.4113具體計算可如表8-8所列形式進行。例如對盤面比A/A=0.65,直徑D=5.75m,螺距

35、比E0P/D=0.785，轂徑比d/D=0.18，葉厚分?jǐn)?shù)t/D=0.0468，材料重量密度y=&700kgf/m3的h0AU型五葉槳，在表8-8的基礎(chǔ)上可以計算。表8-8(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)r/R面積系數(shù)Kd弦長X最大厚度bxt切面面積(m2)S=Kbta辛氏系數(shù)SM(4)x(5)rr(6)x(7)(6)x(8)0.20.6741.125X0.2190.166010.1660.2R0.04R20.0332R0.00664R20.30.6741.314X0.1950.172740.6910.3R0.09R20.2073R0.06220R20.40.67

36、41.472X0.1700.168720.3370.4R0.16R20.1348R0.05392R20.50.67451.595X0.1450.155940.6240.5R0.25R20.3120R0.15600R20.60.67451.676X0.1200.135720.2710.6R0.36R20.1626R0.09756R20.70.67701.684X0.0950.108340.43307R0.49R20.3031R0.21217R20.80.68301.571X0.0710.076220.1520.8R0.64R20.1216R0.09728R20.90.69501.245X0.0450.039240.1590.9R0.81R20.1431R0.12879R21.00.70000010RR200丫=丫=Z(10)=2.8331.4177R0.8146R2螺旋槳重量葉片重量(未計及填角料的重量)每葉片重量二JxR工(6)+0.166x0.02Ry=