文档介绍：第 23卷第 3期江苏船舶 Vol. 23 No. 3
2006年 06月 J IANGSU SH IP Jun. 2006
常规螺旋桨设计要点分析
张平杨辉
摘要综合分析了在螺旋桨设计过程中需要考虑的一些重点问题及解决方法。螺旋桨的设计是一个系统工
程,须结合船、机、桨三者匹配关系,结合船的功能需求,抓住主要矛盾,力求设计出较为满意的螺旋桨。
关键词船用螺旋桨匹配船体振动
螺旋桨设计一般有图谱设计和环流理论设计两方向的伴流,使得螺旋桨的进速小于船速。( 2)伴
种。运用图谱方法设计螺旋桨时,桨叶外形和叶切流的不均匀性。船后桨在整个桨盘面上的进速不等
面形状按所选用的螺旋桨系列资料来确定;运用环(在实用上可取相对旋转效率为 1) 。
流理论设计螺旋桨时,往往结合螺旋桨模型敞水试 1. 2 螺旋桨对船体的影响
验数据和船后伴流的情况来确定桨叶外形和叶切面由于螺旋桨对水流的抽吸作用,造成桨盘处的
形状。用这两种方法设计螺旋桨时,其敞水效率并水流加速,由伯努利定律可知,同一根流线上,水质
没有很大区别,环流理论设计法能兼顾到桨的空泡点速度加快,必然会导致压力下降,从而造成船的粘
和振动性能,图谱设计法因其计算简单、使用方便而压阻力增加。也就是桨产生的推力一部分用于克服
得到广泛应用。本文就螺旋桨图谱设计中,需要注船体产生的附加阻力。
意的一些问题展开分析讨论。如果用伴流分数ω表征伴流与船速的比值,用
推力减额 t表征船体附加阻力与船体自身阻力的比
1 船、机、桨三者匹配值。那么,敞水桨与船后桨的差别就在于一个船身
船、机、桨系统中,船体是能量的需求者,主机是效率(1 - t) / (1 -ω) ,从中可以看出,伴流分数ω越
能量的发生器,螺旋桨是能量转换装置,三者之间是大、推力减额 t越小,则船身效率越高。
相互紧密联系的,但同时又要遵从各自的变化特性。从螺旋桨图谱可以看出,横坐标的参数为 B P
1. 1 螺旋桨或 B P 。B P 称为收到功率系数(或称为载荷系数) ,
民用船使用的图谱桨,一般以荷兰的 B 型桨和其值为:
0. 5 2. 5
日本的 AU桨为主。AU桨为等螺距桨、叶切面为机 B P =N PD /VA
翼型; B型桨根部叶切面为机翼型、梢部为弓形,除式中: N 为螺旋桨转速; PD 为螺旋桨敞水收到功率;
为螺旋桨进速。
四叶桨 0. 6R 至叶根处为线性变螺距外,其余均为 VA
值越小对应的螺旋桨敞水效率越高反之
等螺距,桨叶有 15°的后倾。为便于设计方便,由 B P , ; ,
则螺旋桨效率越低。从个体因素来讲, N 值和
KT 、KQ ———J 敞水性征曲线图转换为 B P -δ图谱。
0. 5 2. 5值越小值就越小。和参数有联
桨与船体各自在水中运动时,都会形成一个水 PD /VA , B P PD VA
动关系在相对低速的范围内值变大、值变
流场。水流场与桨的敞水工作性能和船的阻力性能, , PD B P
小;在相对高速的范围内, P 值变大、B 值也变大。
密切相关。当桨在船后运动时, 2个原本独立的水 D P
这取决于船的阻力特性。
流场必然会相互作用、相互影响。船体对螺旋桨的
实船螺旋桨设计时,还要考虑以下的先决条件:
影响体现在 2个方面: (1)伴流。由于船尾部螺旋
螺旋桨直径有无限制、船舶航速的具体要求。
桨桨盘处因水的粘性等因素作用,形成一股向前
一般情况下,螺旋桨设计工况都对应船舶满载
航行的状态,在该航行状态下,主机发出预定功率、
作者介绍:张平 1988年毕业于江苏科技大学,现工作于江苏省船舶
设计研究所有限公司,室主任,高级工程师;杨辉 1998年毕业于江苏螺旋桨效率达到最佳,船、机、桨匹配理想。但如果
科技大学,现工作于江苏省船舶设计研究所有限公司,工程师。设计参数选择不当,就会造成螺旋桨产生“轻载”或
“重载”的现象,“轻载”是指螺旋桨达到设计转速
收稿日期: 2005 - 09 - 21 后,不能充分吸收主机的转矩,主机发不出预定功
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2 江苏船舶第 23卷
率;“重载”是指螺旋桨还未达到设计转速时,主机言,螺旋桨“重载”时,主机工作在超负荷恶劣环境
转矩已达到最大值,主机同样发不出预定功率。下,影响其使用寿命。
螺旋桨设计产生“轻载”还是“重载”现象,主要一般船舶在使用中都会有压载(空载)航行、满
取决于 2个方面: (1)伴流分数ω、推