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MAU4十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:=0.404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：有效马力曲线表征的是船体阻力特征。

通过近似估算获船模阻力计算实验来 确定船体的有效马力曲线。

对应于不同装载情况下有不同的有效马力曲线， 常用 的为满载和压载。

考虑到由于风浪或污底等情况，尚需增加一定百分数的有效马 力预度。

本文取满载和110%满载情况进行设计。

主机的轴系传递效率: 相对旋转效率： 船身效率：1.1.3有效马力曲线t =0.50C p -0.12 722s=0.97R=1.00 1 -t 1 -■ ■=1.31根据上表可绘制设计船在满载情况下的有效马力曲线航速¥图4-1有效马力曲线1.1.4初步设计根据有效马力曲线，设计航速17.5kn，设计螺旋桨直径6.60m,以MAU4-55系列桨为基础，计算所需的主机马力和最佳转速。

具体的计算表格见表4-2有上表可绘制确定最佳转速的图，如图4-2.根据P E和P TE的交点可获得：最佳转速为N=102r/min，所需主机马力为11500hp, P/D=0.732，o =0.582。

N(r/min)图4- 2确定转速的计算结果1.1.5终结设计根据初步设计的结果，选定主机型号为苏尔寿5RTA68柴油机一台，最大持续功率为13250hp,转速为102r/min，旋向为右旋。

采用MAU4十桨图谱进行计算取功率储备10%轴系效率0=0.97螺旋桨敞水收到马力：P D =13250 0.9 s R =11567.25(hp)根据MAU4-40 MAU4-55 MAU4-70的.B p-、图谱列表计算根据上表的计算结果可绘制P T E、P/D及°对V的曲线，如图4-3.从P TE-f(V)曲线与满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D，D及°，如表4-4.MAU Vmax/k n P/D dD/m %4-40 17.81 0.691 65.2 6.79 0.604 4-5517.66 0.736 64.2 6.62 0.587 4-7017.430.74164.86.600.55912000 nP/D d.7ir- 6初- 0-百 5 - 0. €3 =a_€i _图4- 3MAU4叶桨图谱设计计算结杲1.1.6空泡校核螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降至 临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀，形成 气泡，成为空泡。

一旦桨叶上出现空泡，或导致桨叶表面材料的剥蚀，或时螺旋桨性能恶化。

因此，在设计螺旋桨时，应考虑其是否发生空泡或空泡发展的程度， 故需进行空泡现象的预测，以便确定所设计的螺旋桨是否符合要求。

目前常使用螺旋桨模型空泡实验或大量实船资料整理所得的图谱，或由统计 11000 10000 9000 -8000 5 50D.药• 也S4 ' 4 527000 - -6000 -- M5000MAU4-7O14.5 lb 516.517.5 18.5 19. 5V/kn数据归纳而成的近似公式进行空泡校核。

本文按波利尔空泡界限中商船上界限，计算不发生空泡的最小展面比:图4- 4波利尔空泡接线图浆轴中心距基线 Z P = 3. 68m浆轴沉深 h s =T - Z P = 10. 82 - 3. 68 = 7. 14m海水密度 『=104. 6kgs 2 / m 4 标准大气压力 巳=10330kgf / m 2螺旋桨敞水收到马力P D = 11567. 25hp表4- 6空泡校核计算结果序号 项目单位数据MAU4-40MAU4-55 MAU4-70 1 A E /A0.40.55 0.7 2 V kn17.81 17.66 17.43 3 P 。

=P a +询skgf .m -217648.5 17648.5 17648.5 4V A =0.515(1-C )Vms 丄5.475.425.35续表4- 7空泡校核计算结果0.130.450.500.550.60：。

宀/（0.5 九0.350.405 46根据表4-5计算结果作图4-5 ,可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的的最佳螺旋桨要素。

A E/A O =0.487 P/D=0.72 D = 6. 68mV max 二17. 73kn 0 =0.5921.1.7强度校核为了保证船舶的安全航行，必须保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常航 行状态下不致破损或断裂。

为此，在设计螺旋桨时必须进行强度计算和确定桨叶 的厚度分布。

螺旋桨工作时作用在桨叶上的流体动力油轴向的推力及与转向相反的阻力， 两者都使桨叶产生弯曲和扭转。

螺旋桨在旋转时桨叶本身的质量产生径向的离心 力，使桨叶受到拉伸。

若桨叶具有测斜或纵斜，则离心力还要使桨弯曲。

按2001年《规范》校核t o.25R 及t o.6R ，如表4,应不小于按下式计算之值：1.3聲N ；Zbn ；计算功率 N e =13250 0.9 0.97 =9453kw3A d =A E /A ° =0.487 P/D=0.72；： =10 G =7.6g/cm N =n .广 102r/min066R=0.226DA , /(0.1Z ) = 0.226江 6.68汇 0.487/0.4= 1.8380mA z GA^N 2。

3 1010ZbK -X 图4- 5空泡校核计算结果b o.25R =O.7212b o.66R =1.3256mb°.6R =0.9911b°.66R = 1.8217 m3实际桨叶厚度按t^R =0.0035D = 23.38mm 与t °.25R =255.51mm 连直线决定t 0.2R =27O.985mm,t 0.3R = 240.035mm t 0.4R =209.084mm,t 0.5R =178.133mmt 0.6R =147.183mm,t 0.7R =116.232mm t 0.8R =85.2813mm,t 0.9R = 54.331mm1.1.8螺距修正螺旋桨设计中，有些参数旺旺与所用系列螺旋桨不同， 例如按上述强度计算 所得到的桨叶厚度小于所选用的系列桨的厚度时， 尚可直接采用系列桨的厚度及 厚度分布，其缺点是浪费材料。

有的设计螺旋桨的毂径比不同于系列螺旋桨。

在 这种情况下，不许对螺旋桨的螺距进行修正，使两者的性能相同。

根据尾轴直径大小，确定觳径比d h /D =0.18，此值比与MAUS 准觳径比相 同，故对此项不需要进行螺距修正0.7R 处标准桨厚度：t 0.7 =0.0171D =112.86mm由于实际桨叶厚度大于MAI 桨标准厚度，故需因厚度差异进行螺距修正设计桨： I0.11620.06345lb 丿0.7 R0.9964 x 1.8380标准桨EL =09册07五"05523（取MAU4-55为基准桨）, V A (1—灼)VX 30.866 1 _ s =NP NP修正后的螺距比:=0.72 -0.00775 =0.712250.596 17.73 30.866102 4.8096=0.66485-II ' b0.7设.b 0.7标0.55 1X ------------- 0.487X 0.75=0.00081 (1-s) •:1b0.7R=-2 0.72 0.66485 0.00081 二-0.00775b 0.7RAD 01.1.9重量及惯性矩计算在螺旋桨设计中，必须进行重量和惯性矩的估算，以提供轴系计算、 料以及离心力计算等需要。

根据中国船舶及海洋工程设计研究院提出的公式：桨叶重：G bi =0.169 Zb max (0.5t °.2 t °.6)(1-d/D)D(kgf) 桨毂重： G n =(0.88-O.6d o /d)L k d (kgf) 螺旋桨重： G = G b1 ■ G n螺旋桨惯性矩：I mp =0.0948?Zb max (O ・5t 0.2+t 0.6)D 3(kgf.cms 2)(d/D 兰0.18)式中：最大宽度 b max = 1.8380m主机最大持续功率情况下螺旋桨的收到马力 P D = 11567.25 hp螺旋桨在相应收到马力下的转速：N =102r / min0.2R 和 0.6R 处切面的最大厚度 t 0.2 = 0.27098m,t 0.6 = 0.14718m 轴毂配合的锥度：K -1/13毂长：Lk =d 0.1=1.3m材料重量密度： 二 7.6g / cm 3 二 7600kg / m 3 桨毂直径：d=1.2m 桨叶数：z=4螺旋桨直径：D=6.68m 桨毂长度中央处轴径：1/3d 。