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螺旋桨图谱设计的流程

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螺旋桨图谱设计的流程

发布日期:2019-07-12 作者: 点击:

  运用图谱设计法对螺旋桨进行设计,实质是指在选定螺旋桨型式,即选定所用设计图谱的情况下,针对船舶的某一航行状态选择在该状态下效率最佳的螺旋桨,通常称该选定的航行状态为螺旋桨的设计工况。对于普通船舶通常选取满载时以全速或用正常马力航行的情况作为螺旋桨的设计工况。螺旋桨图谱设计的一般流程如下:

  1) 参数的确定

  主要指确定船体的相关参数,主机参数、推进因子以及选用的螺旋桨型式和叶数。其中船体的相关参数包括船的主尺度和船体的有效功率曲线,船体的有效功率曲线可以通过模型试验得到,也可运用相关的估算方法进行估算。主机参数主要包括主机的最大持续功率、额定转速、主机数量和轴系效率等,以及是否需要采用减速装置。推进因子包括伴流分数、推力减额分数、相对旋转效率和船身效率,这些参数也同样可以通过模型试验或是经验公式计算来确定。

  2) 计算不同的基准盘面比所对应的桨的最佳要素及最大航速

  假定若干个航速进行计算,根据所选定的螺旋桨的型式和叶数,在所提供的基准盘面比对应的图谱上,由每一个假定航速在图谱的最佳效率线上对应的点读出其相应的螺旋桨效率η、螺距比P/D和直径系数δ,从而计算出其对应的最佳直径D和螺旋桨的有效推马力。据此我们可以得到在各个基准盘面比下的V-η、V-P/D、V-D和V-Pte曲线。最后由V-Pte曲线和有效功率曲线V-Pe曲线的交点确定每一基准盘面比下螺旋桨的最佳要素和可达到的最大航速。

  3) 通过空泡校核确定设计桨的最佳要素

  根据设计螺旋桨和船舶的具体情况选用合适的空泡界限图谱,计算出各个基准盘面比在满足空泡要求的条件下需要的盘面比。据此计算结果通过作图,即可求得不发生空泡的最小盘面比及其对应的螺旋桨最佳要素:螺距比P/D、螺旋桨直径D、螺旋桨效率η以及最大航速Vmax。

  4) 强度校核

  按相关《规范》中对螺旋桨强度的要求,对螺旋桨桨叶的厚度t(固定螺距螺旋桨为0.25R和0.6R剖面处,可调距螺旋桨为0.35R和0.6R剖面处)进行校核。根据校核的结果取定0.25R和0.6R处桨叶的厚度后,就可以决定桨叶厚度的径向分布。桨叶厚度的径向分布一般采用线性分布、非线性分布、荷兰船模试验水池建议的厚度分布等几种。最常用的是采用线性分布,即实际桨叶厚度分布按0.25R和1.0R处的厚度连直线决定。

  5) 螺距修正

  在螺旋桨的设计过程中,若为了满足强度要求不得不增加桨叶厚度时,将导致设计螺旋桨的叶厚分数大于系列螺旋桨的叶厚分数。有时设计螺旋桨的毂径比的取值不同于系列桨的标准值。在这种情况下,必须对螺旋桨的螺距比进行修正,使得二者的性能相同。螺距修正分为毂径比不同对螺距的修正和叶厚比不同对螺距的修正,可根据实际情况选择相应的方法计算螺距的修正量。

  6) 重量和惯性距计算

  螺旋桨重量和惯性矩比较精确的计算方法是:先根据桨叶不同半径处各切面的形状求得其切面面积,其次用近似积分法算出桨叶之体积和体积惯性矩,最后分别乘以材料的重量密度,即可得到螺旋桨之重量和重量惯性矩。也可采用按统计资料得出的近似公式进行重量和惯性矩的计算。

  7) 敞水特性曲线的确定

  根据已确定的盘面比和螺距比,在提供的系列桨敞水特性曲线图谱中内插得到各进速系数J对应的推力系数KT和转矩系数KQ的值,也即是设计桨的敞水特性曲线。

  8) 系柱特性计算

  根据以上已确定的设计桨的敞水特性曲线,计算在系柱状态(船速V=0,螺旋桨的进速系数J=0)时,螺旋桨发出的推力。

  9) 航行特性的计算

  根据设计桨的敞水特性曲线计算螺旋桨在不同的转速时可达到的航速和需要的主机马力,通过该计算再结合主机的特性即可清楚地了解船体—螺旋桨—主机三者之间的关系。


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