螺旋桨图谱设计
第九章螺旋桨图谱设计
§9-1 设计问题与设计方法
螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分。在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，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，又要使消耗的主机马力小；或者当主机已选定，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。因此，螺旋桨的设计问题可分为两类。
一、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的要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力，并据此订购主机。具体地讲就是：
①已知船速V，有效马力P
E，根据选定的螺旋桨直径D，确定螺旋桨的最佳转速n、效
率η
0、螺距比P/D和主机马力P s；
②已知船速V，有效马力P
E，根据给定的转速n，确定螺旋桨的最佳直径D、效率η0、
螺距比P/D和主机马力P
s。
二、终结设计
主机马力和转速决定后(最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同)，求
所能达到的航速及螺旋桨的尺度。具体地讲就是：已知主机马力P
s、转速n和有效马力曲线，
确定所能达到的最高航速V，螺旋桨的直径D、螺距比P/D及效率η
0。新船采用现成的标准型号主机或旧船调换螺旋桨等均属此类问题。在造船实践中，一般采用标准机型，所以在实际设计中，极大多数是这类设计问题。
目前设计船用螺旋桨的方法有两种，即图谱设计法及环流理论设计法。
图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计。用图谱方法设计螺旋桨不仅计算方便，易于为人们所掌握，而且如选用图谱适宜，其结果也较为满意，是目前应用较广的一种设计方法。应用图谱设计螺旋桨虽然受到系列组型式的限制，但此类资料日益丰富，已能包括一般常用螺旋桨的类型。
环流理论设计方法是根据环流理论及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。用此种方法可以分别选择各半径处最适宜的螺距和切面形状，并能照顾到船后伴流不均匀的影响，因而对于螺旋桨的空泡和振动问题可进行比较正确的考虑。但由于此种方法计算繁复，加工工艺也较复杂，故目前在我国应用较少。随着电子计算机技术在造船事业中的应用，加上设计方法之优越，今后必然会得到广泛的应用。关于环流理论设计方法将在第12章中予以介绍。
§ 9-2 B-δ型图谱的设计方法与应用
目前各国已发表的螺旋桨设计图谱较多，有的只是表达形式不同而试验资料相同，有的则是螺旋桨形式不同。因此，在进行螺旋桨设计时，必需针对船舶的特点和要求，根据实践经验，选用合适的螺旋桨图谱。这里主要讨论商船螺旋桨的设计，兼顾高速军舰螺旋桨设计。目前在商船螺旋桨设计中，以荷兰的楚思德B 型螺旋桨和日本AU 型螺旋桨应用最为广泛。鉴于有关B 型螺旋桨发表的资料较多，本节将以AU 型螺旋桨为对象，进行较详细的介绍，对于B 型螺旋桨仅就其最近归纳发表的新形式图谱作些介绍。我们认为，只要对于螺旋桨的设计问题理解清楚以后就能融会贯通，即使对于不同的图谱形式或不同的螺旋桨类型都能灵活应用。
一、AU 型螺旋桨设计图谱及其应用
AU 型螺旋桨是日本运输技术研究所发展的螺旋桨系列，近年来日本有关部门又对切面形状等作了改进，扩大了盘面比和螺距比范围，进行了3~6叶螺旋桨模型的系列试验，并作成了设计图谱。
1. B-δ型设计图谱的建立
如果将AU 型5叶，盘面比= 0.50、螺距比分别为：P /D = 0.4，0.6，0.8，1.0，1.2的五个螺旋桨的敞水试验结果绘制在同一图上，则可以得到如图9-1所示的敞水性征曲线组。当知道进速系数D
n V J
/A =以后，即可得到不同
螺距比螺旋桨的性能。在螺旋桨的设计问题中，一般不可能同时给定直径D 和转速N ，而敞水性征曲线图的横坐标进速系数J 却同时包括了D 和N 二个参数，这给设计螺旋桨带来
不便，为此需将这类性征曲线转绘成专用图谱，B -δ型图谱就是目前应用最广的一种图谱形式。
如前所述，通常遇到最多的是终结设计问题，即已知主机马力和螺旋桨转速，所以解决这类问题的计算系数应该不包含未知量D 。为此需导出这类计算系数。 按定义有：
n
P D
ρn K Q π275D 5
2
Q =
= 又
nJ
V D /A =
将上面两式消去直径D 得：
n
P nJ V ρn K π275)/(D 5
A 2
Q =
0.
4
0.6
0.8
1.
.
4
0.
6
0.
8
1.0
0.
6
0.8
1.0
1.2
K
Q
K
T
K T , 10K
Q
J
η
P /
D
=
0.4
P
/D
= 1
.2
P /D
= 1
.2
0.80.70.6
0.50.40.3
0.20
0.1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.20.1
1.4
1.2
1.0
0.8
0.60.40.20πA U 5-50
K T = T / n D
K Q = Q / n D 0 = K T J /2 K Q
J = V A /n D
25
24
ρη
ρ图 9-1
或
5
A 2
D 5
Q
75π2V n P J ρK =
两边开方得：
5
.2A
2
/1D
5
Q
75π2V n
P J
ρK =
式中，P D 为螺旋桨收到马力(在设计图谱中常简单地用P 表示，为避免与螺距P 混淆，本书中仍用P D 表示。)，其单位为公制马力(hp )；V A 为螺旋桨进速，单位为米/秒(m/s )，n 为螺旋桨转速，单位是转/秒。若将上式中V A 以节(kn )来表示，转速以N (rpm )来代替n (转/秒)，ρ
为海水密度，取104.51 kgf·s 2/m 4
，则可得:
5
.25.0D 5
.2A
5.0D P 30
.33J
K V NP B ==
(9-1)
B P 就是B 型图谱所采用的计算系数，称为收到马力系数(或简称功率系数)。
同时，还引入直径系数δ，定义如下：
J
V ND δ86.30A
==
(9-2)
B P 和δ是螺旋桨设计中最根本的计算系数，为强调起见，将(9-1)和(9-2)式中有关参数的意义和单位重列于下：
N —— 螺旋桨转速(rpm )，
P D —— 螺旋桨敞水收到马力(hp )， V A —— 螺旋桨进速(kn )， D —— 螺旋桨直径(m )，
用K T 、K Q -J 图谱(如图9-1)就可以作出
δ
P -B 图谱。这类图谱的绘制方法如下：
① 在同一叶数和盘面比的螺旋桨敞水性征曲线组上(如图9-1)，取一定值的螺距比P /D ， 并设定一系列的J 值，在同一P /D 的性征曲线上读取与J 相应的一系列K Q 及η0值。
② 据(9-1)和(9-2)式分别算出相应的P B 和δ。
③ 在纵坐标为螺距比P /D ，横坐标为
P
B 的图上，如图9-2所示，通过上述计算的P /D
η=
0.57
δ= 6
δ
= 5
δ
=
40
η=
0.65
δ= 3
6
5
4
3
2
1
1.20.91.0
1.1
0.70.8
0.6
P / D
B P
图 9-2
值作一平行横坐标的水平线，并在该线对应于每一
P
B 值的点上标明相应的η0和δ值，此线
即能代表螺距比为P /D 的螺旋桨水动力特性。
④ 对不同P /D 的螺旋桨性征曲线都作上述处理，并绘在同一图上，然后将η0和δ值相同者分别连成光顺曲线，即得η0和δ的等值线。
⑤ 将各
P
B =常数时(在图谱上表现为垂直线)效率最高的点连成光滑的曲线，即得最佳
效率线，如图9-2中的点划线。
2．AU 型螺旋桨型式
通常所指的AU 型螺旋桨包括下列几种类型： ① AU 型螺旋桨的原型
这是初始阶段发展的螺旋桨模型，为部分5叶和6叶螺旋桨所采用。 ② 改进AU 型。以MAU 表示之。
这种型式是对原型AU 桨在叶梢部分切面的前缘形状进行了局部修正。AU 型的4叶螺旋桨系列就是采用这种形式。实践证明，AU 原型桨的面空泡裕度过大，因此少量减小叶切面前缘的高度(见图9-3(a ))，适当降低面空泡的裕度，以增大叶背的抗空泡性能。这种改动反映在切面的拱线(或称中线)上表现为增大了拱度而减小了攻角，经计算比较，MAU 型和AU 原型的水动力性能是接近的，如图9-3(b )所示。
因此，AU 原型5叶及6叶螺旋桨的设计图谱，完全能用于设计MAU 型5叶及6叶螺旋 桨。
③ AU 型桨叶切面的后缘具有一定翘度(这对于改善桨叶根部叶间干扰有一定效果)，在六叶上采用这种型式，称AU w 型。
对于MAU 型的叶切面后缘具有一定翘度(即MAU w )的设计，应用本图谱也具有相当精度。
AU 型螺旋桨是等螺距螺旋桨，桨模的几何特征是：
① 4叶螺旋桨系列：属于本组的模型螺旋桨列于表9-1中。桨叶轮廓的尺寸见表9-4，轮廓形状如图9-4(a )及(b )所示。
② 5叶螺旋桨系列：其要素列于表9-2中。桨叶轮廓的尺寸见表9-4，轮廓形状如图9-5(a )及(b )所示。
③ 6叶螺旋桨系列：其要素列于表9-3中。桨叶轮廓的尺寸见表9-4，轮廓形状如图9-6(a )及(b )所示。
（b ）
（a ）M A U 的攻角A U 的攻角
弦长的百分比
从导边算起的距离，以弦长百分比表示
2
4
从导边算起的距离，以弦长百分比表示
100
50
弦长的百分比
图 9-3
表9-1 四叶模型螺旋桨要素表
(a)
(b)
图9-4
表9-2 五叶模型螺旋桨要素表
(a)
(b)
图9-5
表9-3 六叶模型螺旋桨要素表
(a)
(b)
图9-6
表9-4 AU 型螺旋桨桨叶轮廓的尺寸表
表9-4给出了AU 型(MAU ，AU w )模型螺旋桨的伸张轮廓尺寸。表9-5，表9-6，表9-7，表9-8分别给出AU 型、MAU 型、AU w 型及MAU w 型的叶切面尺寸，据此可以求出螺旋桨的伸张轮廓和各半径处的叶切面形状。
3. 图谱的应用
在进行设计时，应先确定伴流分数ω、推力减额分数t 、相对旋转效率ηR 及传送效率 ηs 。然后可应用
δ
P -B 图谱来解决螺旋桨设计中不同类型的问题，现分述如下。
(1) 螺旋桨的初步设计问题：
① 已知船速V ，有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径D ，确定螺旋桨的最佳转速N ，螺旋桨效率η0，螺距比P /D 和主机马力P s 。
首先需选定螺旋桨的型式，叶数和盘面比。例如选用MAU 型，4叶，盘面比为0.55的螺旋桨，则可决定所用的图谱为MAU4-55的
δ
P -B 图谱。
在此类问题中，欲求的是转速N 和主机马力P s (或螺旋桨收到马力P D )，由(9-1)和(9-2)式可见，无法确定其中任一个参数，因此需要假设一组转速N 来进行计算，具体步骤可用表9-9的形式进行。
将表9-9的计算结果作图9-7，图中以转速N 为横坐标，并以P s 、P TE 、P /D 、η0分别为纵坐标。然后根据已知船速V 时的有效马力P E 值作水平线与P TE 曲线相交，此交点即为所求的螺旋桨，由此还可读出螺旋桨的转速N 、要求的主机马力P s 及螺旋桨的螺距比P /D 、效率η0等。
表9-5 AU型叶切面尺寸表1) X坐标值以叶宽的%表示；2）Y坐标值以Y最大的%表示
表9-6 改进AU型（MAU型）叶切切面尺寸表1) X坐标值以叶宽的%表示；2）Y坐标值以Y最大的%表示
表9-7 AU
w型叶切面尺寸表1) X坐标值以叶宽的%表示；2）Y坐标值以Y最大的%表示
表9-8 改进AU
MAU W)型叶切面尺寸表
W(
1) X坐标值以叶宽的%表示；2）Y坐标值以Y最大的%表示
表 9-9
在以后的讨论中将会看到，δ
P
-B
图谱中的最佳效率曲线按理应为最佳直径曲线而不是
最佳转速曲线，因此表9-9为近似处理方法，其所得之转速严格讲并非是最佳值。合理的做法是选用其它型式的图谱，或按下述步骤进行计算：假定若干个收到马力P D ，对于各个P D 分别假设几个转速N 。在已知船速V 和螺旋桨直径D 的条件下，对某一个P Di ，可求出相应一组P
B 及δ，按此二值由δ
P
-B
图谱查得η0，以N 为横坐标，η0为纵坐标找出极大值，对应的
N opti 即为所假定P Di 下之最佳转速。不同的P D i 有不同的N opti 及相应的螺旋桨参数与P TEi ，然后由船速V 时的有效马力P E 内插决定最后的最佳转速N 、主机马力P s 和螺旋桨参数。
② 已知船速V ，有效马力P E ，根据给定的转速N ，确定螺旋桨效率最佳的直径D ，螺距比P /D 及主机马力P s 。
同样在选定螺旋桨型式、叶数和盘面比(例如MAU4-55)后，按表9-10的步骤进行计算，此时需假设一组螺旋桨直径。将表9-10的结果作图9-8，图中以直径D 为横坐标，以P s 、P TE 、P /D 、η0分别为纵坐标。类似于图9-7可以求得螺旋桨直径D 、要求的主机马力P s 及螺旋桨的螺距比P /D 、效率η0等。
(2) 螺旋桨的终结设计问题：
已知主机马力P s 、转速N 和有效马力曲线，确定所能达到的最高航速V 及螺旋桨的尺度与效率。对于这类设计问题，在选定螺旋桨型式、叶数和盘面比(例如MAU4-55) 后，通常先假定若干个船速进行计算。终结设计是经常遇到的设计问题，故下面结合一个具体例子列表说明。
表9-10
例： 已知2.5×104
t 装货船的主要数据为：船长L PP = l72m ，船宽B = 27.2m ，吃水T = 9.8m 。实船的有效马力如表9-11所示。估计的伴流分数ω = 0.340，推力减额分数t = 0.260，相对旋
转效率ηR = 0.982。主机马力P s =1.2×104
hp ，主机转速N = 118.5 rpm 。
η
η
η
η
P E
P E
P T E
P T E
P S
P D
P D
P D
P S ，P T E (h p )
D 4
D 3D 2D 1N
4
N
3
N
2
N P S ，P T E (h p )
P S P D
图 9-7 图 9-8
表 9-11
假定轴系传送效率ηs = 0.98，则螺旋桨的敞水收到马力为：
550
,11000,12982.098.0s R s D =??=??=P ηηP hp
船身效率
121
.111H =--=
ω
t η
以AU 5-50图谱进行设计，表9-12为计算的具体步骤。
将表9-12的计算结果作图9-9，图中以船速V 为横坐标，以P E 、P /D 、D 及η0为纵坐标。图中曲线P TE 和曲线P E 的交点即为所求的螺旋桨，因为此时螺旋桨在主机额定转速N =118.5
rpm ，吸收主机马力P s =1.2×104
hp 的条件下发出的有效推马力P TE 与该船速下船的有效马力相平衡。
由图9-9可得螺旋桨的要素及能达到的船速如下：
可达航速
11
.16max =V kn 螺旋桨螺距比 P /D = 0.731
螺旋桨直径 D = 5.897 m 螺旋桨效率 η0 = 0.569
二、荷兰楚思德B 型螺旋桨设计图谱的新形式
荷兰瓦根宁根船模试验池B 型螺旋桨设计图谱也是B -δ型式的图谱，它是根据B 型螺旋桨模型系列试验结果绘制的，图谱几经修改。此类螺旋桨在一般商船上应用很广，具有相当长的历史。
关于楚思德B 型螺旋桨的设计资料于1969年重新进行分析整理予以发表，在很多教科书上进行转载，这里不再赘述，但必须指出：我们在用该资料的过程中发现，1969年发表的B4-40和B4-55巨的B p -δ图谱与相应的K T 、K Q -J 敞水性征曲线之间有较大的差别。经证实此二图谱有误并予以更正。由于4叶桨应用较多，请读者在设计过程中加以注意。
1．B 型螺旋桨图谱和AU 型螺旋桨图谱的差别
在图谱型式上二者除横坐标(B 型桨为B p ，AU 型桨为
p
B )略有差别外，其余基本相同。
但在实际使用时是有很大的差别，千万不能混淆。这里简要指出其特点，引起读者注意。
AU 型螺旋桨的图谱：
① 设计时采用的计算系数B p 和δ中参数均为公制单位； ② 图谱已经转换至海水情况；
③ 图谱查出的最佳直径就是船后采用的螺旋桨最佳直径。 B 型螺旋桨的图谱：
① 设计时采用的均为英制单位，即 P D ——螺旋桨敞水收到马力(UKhp )， V A ——螺旋桨前进速度(kn )，
P E
9000
8000
7000
6000
5000
4000
V (k n )
17
16.11
1615
图 9-9
N ——螺旋桨转速(rpm )， D ——螺旋桨直径(ft )。
因此，其相应的收到马力系数B p 与直径系数δ有如下的形式：
5
Q 5
.2A
2
/1D
P 08
.33J
K V N
P B ==
(9-3)
及
J
V ND δ33
.101A
=
=
(9-4)
② 图谱是工作于淡水时的螺旋桨性能，故在设计海船螺旋桨时尚需考虑水的密度不同引起的影响，即B p 值应按下式计算：
5
.2A
D
5
.2A
D P /V γP N
V γP N
B =
=
(9-5)
式中，γ ＝1.025，为海水比重；P D 为海水中螺旋桨敞水收到马力(UKhp )。
③ 根据B 型螺旋桨的试验研究表明，对于1969年以前发表的B 型图谱，从图谱查得的最佳直径用于船后时应减小2～4%，一般对铸铜螺旋桨减小4%(单桨)和2%(双桨)，对铸铁螺旋桨减小8%(单桨)和6%(双桨)。对1969年发表的图谱，其最佳直径比原图谱有所减小，故一般可以把图谱所得的直径直接用于船后。
此外，B 型螺旋桨除提供δP
-B 图谱形式外，还提供了一种B U -δ形式的图谱。此图谱采用的纵坐标仍是螺距比P /D 而横坐标改为B U ，定义如下：
4
T 5
.2A
2
/1U 20
.13J
K V N
P
B ==
(9-6)
式中，U —— 螺旋桨推马力(UKhp )；
直径系数δ定义仍如(8-4)式。
一般来说，对螺旋桨的初步设计问题，用B U -δ图谱较δ
P
-B 图谱方便，读者可自行考虑
其相应的计算步骤。
2．B 型螺旋桨系列新图谱
如前所述，鉴于：
① B 型螺旋桨设计图谱几经修改发表，且各次结果又不尽相同； ② 图谱采用的是英制单位，不符合国际规定；
③ 图谱的横坐标B P 是以对数形式给出，使用不太方便。
因此，荷兰船模试验池在1972年完成最后一批六叶和七叶桨资料以后，采用多元回归分析的方法用电子计算机重新整理和分析了四十多年来积累的系列资料，并对于雷诺数的影响(尺度效应)作了修正，最后将试验结果用一组多项式来表示，并且重新绘制成一套新形式的图谱，以供设计使用。
这套图谱分成三组，采用不同的形式。第一组为敞水性征曲线K T ，K Q -J 图谱，第二组是B P1-1/J 图谱，第三组是B P2-1/J 图谱，每组图谱包括21个螺旋桨系列，对应叶数为三至七叶，盘面比为0.35~1.05。这21个系列的组成如第4章中表4-3所示。
这3组新图谱中，第1组为大家所熟知，这里不再重复。第2、3组则不同于上面所提及的δP
-B 或δU
-B 图谱。
第2组是B P1-1/J 或1
4
/54/1Q
---?J
J
K
形式，当主机功率、螺旋桨转速和进速给定时可据以
确定螺旋桨的最佳直径，这与δ
P
-B
图谱的用途相类似。但在这里应用了参数B p1，定义为：
5
.2A
2
/1D 1P V NP B =
(9-7)
式中 N —— 每分钟螺旋桨转数(rpm )；
P D —— 英制螺旋桨敞水收到马力(1Ukhp=76 kgf·m/s )； V A —— 螺旋桨进速(kn )。
由于B P1的数值取决于所用之单位制，将它用无因次变量4
/54/1Q
-?J
K 来代替更为恰当。两
者关系为：
4
/54/1Q
1P 1739
.0-?=J
K
B (9-8)
后者可直接由定义来计算：
4
/15A 34
/54/1Q
??
????=?-ρV Qn J
K
(9-9)
式中 Q —— 螺旋桨转矩(kgf·m )；
n —— 螺旋桨转速(rps )；
ρ —— 淡水密度，取为101.94 kg f· s 2/m 4
； V A —— 螺旋桨进速(m/s )。
第3组图谱是B P2-1/J 或1
4
/34
/1Q
---?J J
K 形式，当主机功率、螺旋桨直径和进速给定时可据以确定螺旋桨的最佳转速。这里应用了功率常数B P2，其定义为：
2
/3A
2
/1D
2P V D P B ?=
(9-10)
这里，B P2同样可用无因次变量4
/34/1Q
-?J
K
来代替，两者的关系为：
4
/34/1Q
2P 75.1-?=J
K
B (9-11)
后者也可直接由定义计算：
4
/13A 2D 4
/13A 24
/34/1Q
π2??
????=??
????=?-V ρD P V ρD Qn J
K
(9-12)
式中，Q 、n 、ρ和V A 与第二组图谱所用者相同，P D 为敞水螺旋桨的收到功率，以公斤·米/秒计算。
上述3组图谱都已修正至雷诺数Re = 2×106
的情况。
本书附录中给出了B 型螺旋桨的部分新形式图谱，供学习使用参考。
3．B 型螺旋桨型式
B 型螺旋桨的叶形梢部较宽，略有侧斜，纵斜角为15°后倾。根部切面为机翼型，梢部为弓形。4叶螺旋桨系列的螺距从0.6R 至叶梢处为等螺距，自0.6R 向叶根逐渐递减，至叶根处减少20%。其余各系列均为等螺距分布。图9-10及图9-11分别为4叶及5叶螺旋桨系列的伸张轮廓。桨叶的几何尺度列于表9-13和表9-14，切面型值列于表9-15。
表9-13 B 型3叶螺旋桨尺度
表9-14 B 型4、5叶螺旋桨尺度
图 9-10
0%
2.2%%图 9-11
表9-15 B 型螺旋桨各半径处切面纵坐标
表9-15中，由最大厚度处至导边部分的型值有两行，上行表示原B 桨的型值(原型)，下行表示修改后的型值(改型)。改型的导边部分较原型略薄，具较小的端圆半径(见图9-12)，其目的可减小切面阻力并使压力分布较为
均匀。航行状态变化不大的高速运输船的
螺旋桨宜采用改型桨。对于多工况的螺旋桨(如拖轮桨)或在较不均匀速度场中工作
的螺旋桨，采用原型比较合适。
荷兰船模试验池有时曾采用一种称为
BB 型的螺旋桨。此类螺旋桨与B 型螺旋
桨基本一样，只是在近梢部略为加宽。就
水动力性能而言，可以认为两者是相同的，也就是说可以用B 型桨的图谱来设计BB 型螺旋桨。表9-16为BB 型螺旋桨的外形轮廓尺度。
9502040608090原型改型
100%
图 9-12
螺旋桨课程设计
螺旋桨图谱课程设计天津大学仁爱学院 姓名：陈旭东 学号：6010207038 专业：船舶与海洋工程 班级：2班 日期：2013.6.30
螺旋桨图谱课程设计 一．已知船体的主要参数 船 型：双机双桨多用途船 总 长: L=150.00m 设计水线长: WL L =144.00m 垂线 间长: PP L =141.00m 型 深: H=11.00m 设计 吃水: T=5.50m 型 宽: B=22.00m 方形 系数: B C =0.84 菱形 系数: P C =0.849 横剖面系数: M C =0.69 排水 量: ?=14000.00t 尾轴距基线距离: P Z =2.00m 二．主机参数 额定功率: MCR=1714h 额定转速: n=775r/min 齿轮箱减速比: i=5 旋向: 右旋 齿轮箱效率: G η=0.97 三．推进因子的确定 伴流分数 ω=0.248 ;推力减额分数 ; t=0.196 相对旋转效率 R η=1.00 ;船身效率 ;H η=11t ω --=1.0691 四．可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备为10% ，轴系效率S η=0.97 ，螺旋桨转速N=n/i=155r/min 螺旋桨敞水收到马力：D P = 1714 * 0.9 * S η*R η*G η =1714 * 0.9 * 0.97*1.00*0.97 =1451.43 (hp) 根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的P B δ-图谱列表计算如下：
项目 单位 数值 假定航速V kn 11 12 13 A V =(1-ω)V kn 8.27 9.02 9.78 0.5 2.5/P D A B NP V = 30.024 24.166 19.742 P B 5.479 4.916 4.443 MAU4-40 δ 65.4 59.732 54.377 P/D 0.692 0.728 0.764 0η 0.613 0.632 0.66 TE P =2D P ×H η×0η hp 1902.4 1961.38 2048.28 MAU4-55 δ 64 58.2 53.535 P/D 0.738 0.778 0.80 0η 0.588 0.614 0.642 TE P =2D P ×H η×0η hp 1824.83 1905.61 1992.41 MAU4-70 δ 63.3 57.4 52.8 P/D 0.751 0.796 0.842 0η 0.565 0.582 0.607 TE P =2D P ×H η×0η hp 1753.45 1806.21 1883.79 根据上表中的计算结果可以绘制TE P 、δ、P/D 及0η对V 的曲线，如图1所示。
螺旋桨设计计算说明书.
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 姓名： XXX 班级：XXX 学号：XXX 联系方式：XXX 日期：XXX
1.已知船体的主要参数 船长 L = 118.00 米 型宽 B = 9.70 米 设计吃水 T = 7.20 米 排水量 △ = 5558.2 吨 方型系数 C B = 0.658 桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米 由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下： 航速V （kn ） 13 14 15 16 有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 4045 2.主机参数 型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp 额定转速 N = 165 rpm 转向 右旋 传递效率 ηs=0.98 3.相关推进因子 伴流分数 w = 0.279 推力减额分数 t = 0.223 相对旋转效率 ηR = 1.0 船身效率 0777.111=--=w t H η 4.可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98 螺旋桨敞水收到马力： P D = 4762.8 根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算： 项 目 单位 数 值 假定航速V kn 13 14 15 16 V A =(1-w)V kn 9.373 10.094 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.5 42.34 35.18 29.60 25.19
Bp 6.51 5.93 5.44 5.02 MAU 4-40 δ75.82 70.11 64.99 60.75 P/D 0.640 0.667 0.694 0.720 ηO0.5576 0.5828 0.6055 0.6260 P TE =P D ·η H ·η O hp 2862.09 2991.44 3107.95 3213.18 MAU 4-55 δ74.35 68.27 63.57 59.33 P/D 0.686 0.713 0.741 0.770 ηO0.5414 0.5672 0.5909 0.6112 P TE =P D ·η H ·η O hp 2778.94 2911.36 3043.28 3137.21 MAU 4-70 δ73.79 67.79 63.07 58.70 P/D 0.693 0.723 0.754 0.786 ηO0.5209 0.5456 0.5643 0.5828 P TE=P D ·η H ·η O hp 2673.71 2800.49 2891.86 2991.44 据上表的计算结果可绘制PT E、δ、P/D及η O 对V的曲线，如下图所示。
螺旋桨扭角的设计依据是什么
螺旋桨扭角的设计依据是什么 螺旋桨 一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。
搅拌桨叶的选型和设计计算
第二节搅拌桨叶的设计和选型一、搅拌机结构与组成 组成：搅拌器电动机 减速器容器 排料管挡板 适用物料：低粘度物料 二、混合机理 利用低粘度物料流动性好的特性实现混合 1、对流混合 在搅拌容器中，通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动，属强制对流。包括两种形式： （1）主体对流：搅拌器带动物料大范围的循环流动 （2）涡流对流：旋涡的对流运动 液体层界面强烈剪切旋涡扩散 主体对流宏观混合 涡流对流 2、分子扩散混合 液体分子间的运动微观混合 作用：形成液体分子间的均匀分布 对流混合可提高分子扩散混合 3、剪切混合 剪切混合：搅拌桨直接与物料作用，把物料撕成越来越薄的薄层，达到混合的目的。 高粘度过物料混合过程，主要是剪切作用。 电 动 机 减速器 搅 拌 器 容 器 排料管
三、混合效果的度量 1、调匀度I 设A 、B 两种液体，各取体积vA 及vB 置于一容器中， A B A B a b 则容器内液体A 的平均体积浓度CA0为： （理论值） 经过搅拌后，在容器各处取样分析实际体积浓度CA ，比较CA0 、CA ， 若各处 CA0=CA 则表明搅拌均匀 若各处 CA0=CA 则表明搅拌尚不均匀，偏离越大，均匀程度越差。 引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度 定义某液体的调匀度 I 为： （当样品中CA CA0时） 或 （当样品中CA CA0时） 显然 I ≤1 若取m 个样品，则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时 2、混合尺度 设有A 、B 两种液体混合后达到微粒均布状态。 B A A A V V V C +=00A A C C I =0 11A A C C I --=m I I I I m +??++=- 211 =- I
DWT油污水接收船螺旋桨设计书
1145 DWT油污水接收船螺旋桨设计书 指导老师： 专业班级： 学生姓名： 学号： 邮箱： 完成日期：2013/4/24
目录 1．船型............................. 错误!未定义书签。2．主机参数. (4) 3．推进因子的确定 (4) 4．桨叶数Z的选取 (4) 5．AE/A0的估算 (4) 6．桨型的选取说明 (5) 7．根据估算的AE/A0选取2～3张图谱 (5) 8．列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计 (5) 9．空泡校核 (6) 10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线 (8) 11. 船舶系泊状态螺旋桨计算 (9) 12．桨叶强度校核 (9) 13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算 (10) 14．桨毂设计 (10) 15．螺旋桨总图绘制 (11) 16．螺旋桨重量及转动惯量计算 (11) 17．螺旋桨设计总结 (12) 18．课程设计总结 (12)
1. 船型 单甲板，流线型平衡舵，柴油机驱动，适于油污水接收的中机型单桨船。 1.1艾亚法有效功率估算表：（按《船舶原理（上）》P285实例计算）（可以自主选定一种合适的估算方法，例如泰勒法。）
2．主机参数（设计航速约11kn ） 型号： 6L350PN 标定功率： P S2 = 650kw 标定转速： 362 r/min 3．推进因子的确定 (1)伴流分数w 本船为单桨内河船，故使用巴甫米尔公式估算 =0.165*C B x x=1 =0.1×(Fr-0.2)=0.1*(0.228-0.2)=0.0028 ω=0.185 (2)推力减额分数t 本船为有流线型舵使用商赫公式 t=k =0.111 k=0.6 (3)相对旋转效率： 近似地取为ηR =1.00 (4)船身效率 ηH =w -1t -1=1.091 4．桨叶数Z 的选取 根据一般情况，单桨船多用四叶，加之四叶图谱资料较为详尽、方便查找， 故选用四叶。 5．A E /A 0的估算 按公式A E /A 0 = (1.3+0.3×Z)×T / (p 0-p v )D 2 + k 进行估算， 其中：T =P E /(1-t)V= 346/((1-0.111)*11*0.515)=68.7028kN 水温15℃时汽化压力p v =174 kgf/m 2=174×9.8 N/m 2=1.705 kN/m 2 静压力p 0=p a +γh s =(10330+1000×2.5)×9.8 N/m 2=125.734kN/m 2
螺旋桨概述
螺旋桨概述 1.概念 1.1结构 图1 螺旋桨示意图 图2 螺旋桨结构 螺旋桨由桨叶、浆毂、、整流帽和尾轴组成，如上图所示。 滑失：如果螺旋桨旋转一周，同时前进的距离等于螺旋桨的螺距P，设螺旋桨转速为n，则理论前进速度为nP。也就是说将不产生水被螺旋桨前后拨动的现象，然而事实上，螺旋桨总是随船一起以低于nP的进速V s对水作前进运动。那么螺旋桨旋转一周在轴向上前进的实际距离为h p（＝V s/n），称为进距。于是我们把P与h p之差（P－h p）称为滑失。 滑失与螺距P之比为滑失比： S r＝（P－h p）/P＝（nP－V s）/nP＝1－V s/nP
式中V s/nP称为进距比。 从式中可以得出，当V s＝nP时，S r＝0。即P＝h,也就是螺旋桨将不产生对水前后拨动的现象，螺旋桨给水的推力为零。 因此我们可以得出结论：滑失越大，滑失比越高，则螺旋桨推水的速度也就越高，所得到的推力就越大。 1.2工作原理 船用螺旋桨工作原理可以从两种不同的观点来解释，一种是动量的变化，另一种则是压力的变化。在动量变化的观点上，简单地说，就是螺旋桨通过加速通过的水，造成水动量增加，产生反作用力而推动船舶。由于动量是质量与速度的乘积，因此不同的质量配合上不同的速度变化，可以造成不同程度的动量变化。 另一方面，由压力变化的观点可以更清楚地说明螺旋桨作动的原理。螺旋桨是由一群翼面构建而成，因此它的作动原理与机翼相似。机翼是靠翼面的几何变化与入流的攻角，使流经翼面上下的流体有不同的速度，且由伯努利定律可知速度的不同会造成翼面上下表面压力的不同，因而产生升力。而构成螺旋桨叶片的翼面，它的运动是由螺旋桨的前进与旋转所合成的。若不考虑流体与表面间摩擦力的影响，翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力，而在旋转方向的分量就是船舶主机须克服的转矩力。 1.3推力和阻力 以一片桨叶的截面为例：当船艇静止时，螺旋桨开始工作，把螺旋桨看成不动，则水流以攻角α流向桨叶，其速度为2πnr（n为转速；r为该截面半径）。根据水翼原理，桨叶要受升力和阻力的作用，推动螺旋桨前进，即推动船艇前进。船艇运动会产生顶流和伴流。继续把船艇看成不动，则顶流以与艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋桨流来，而伴流则以与艇速方向相同，流速为u r向螺旋桨流来。通过速度合成，我们可以得到与螺旋桨成攻角α，向桨叶流来的合水流。则桨叶受到合水流升力dL和阻力dD的作用，将升力和阻力分解，则得到平行和垂直艇首尾线的分力：
螺旋桨设计与绘制汇总
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
船舶螺旋桨的设计
摘要 螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。影响螺旋桨推进性能的因素很多，在本设计过程中主要对螺旋桨的直径、螺距比、盘面比、桨叶轮廓形状等因素进行研究，并通过在工作中积累的经验，设计一艘内河A级拖船的螺旋桨。 关键词 螺旋桨直径螺距比盘面比桨叶轮廓形状 Abstract Propeller 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 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 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 propeller Keywords Propellers diameter pitch of screws ratio pie area ratio paddle outline
螺旋桨公式
螺旋桨公式 一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数
螺旋桨-课程设计
山东104总吨钢质拖网渔船 1.已知船体主要参数 船型：单桨，转动导流管平衡舵，尾机型钢质拖网渔船。设计水线长：L wl=27.50m 垂线间长：L pp=26.00m 型宽：B=5.40m 型深：D=2.50m 平均吃水：T m=1.90m 尾吃水: T a=2.40m 方形系数：C b=0.502 棱形系数：C p=0.592 宽吃水比：B/T m=2.84 排水量：Δ=137.35t 浮心纵向坐标（LCB）：X b=-0.78m 桨轴中心距基线：Z s=0.35m 用艾亚法估算船体有效功率数据表：
首先计算所需参数如下： L/Δ1/3 = 5.04 Δ0.64 = 23.346 X c=-3% 速度 v（kn）9 10 11 速长比V/L1/20.974 1.083 1.191 傅汝德数Vs/(gL)1/20.290 0.322 0.354 标准Co 查图7-3 295 243 205 标准Cbc,查表7-5 0.593 0.56 0.546 实际Cb（肥或瘦）（%）15.35，瘦10.36，瘦8.06，瘦Cb修正（%）11.21 7.174 5.104 Cb修正数量△133 17 10 已修正Cb之△1328 260 215 B/T修正（%）=-10Cb（B/T-2）% -4.2168 -4.2168 -4.2168 B/T修正数量，△2[式7-23] -14 -11 -9 已修正B/T之C2 314 249 206 标准Xc，%L，船中前或后，查表7-5 1.838，船中 后 2.3275，船 中后 2.4955，船 中后 实际Xc，%L，船中前或后3，船中后3，船中后3，船中后相差%L，在标准者前或后 1.162，后0.6725，后0.5045，后Xc修正（%），查表7-7（b）0.22 0.5 0.96 Xc修正数量，△3[式(7-24)] -1 -1 -2 已修正Xc之C3 313 248 204 长度修正（%）=（Lwl-1.025Lbp） /Lwl*100% 3.2 3.2 3.2 长度修正数量，△ 4 [式(7-25)] 10 8 7 已修正长度C4 323 256 211 Vs3729 1000 1331 Pe=△0.64*Vs3/C4*0.735(KW) 39 68 109 2.主机参数 主机型号6160A-123 功率（KW）136 转速（转/分）850 齿轮箱型号2HC250 减速比 1.97:1
船舶螺旋桨的设计与计算过程.课件资料
某沿海单桨散货船螺旋桨 设计计算说明书 刘磊磊 2008101320 2011年7月
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 1.已知船体的主要参数 船长 L = 118.00 米 型宽 B = 9.70 米 设计吃水 T = 7.20 米 排水量 △ = 5558.2 吨 方型系数 C B = 0.658 桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米 由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下： 航速V （kn ） 13 14 15 16 有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 4045 2.主机参数 型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp 额定转速 N = 165 rpm 转向 右旋 传递效率 ηs=0.98 3.相关推进因子 伴流分数 w = 0.279 推力减额分数 t = 0.223 相对旋转效率 ηR = 1.0 船身效率 0777.111=--= w t H η 4.可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98 螺旋桨敞水收到马力： P D = 4762.8 hp
根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算： 项 目 单位 数 值 假定航速V kn 13 14 15 16 V A =(1-w)V kn 9.373 10.094 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.5 69.013042 69.01304 69.01304225 69.013042 25 Bp 268.96548 323.7116 384.6505072 451.99967 07 MAU 4-40 δ 75.6 72.10878 64.87977369 60.744 P/D 0.64 0.667321 0.685420561 0.720498 ηO 0.5583333 0.582781 0.605706806 0.62606 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2863.9907 2989.395 3106.994626 3211.4377 MAU 4-55 δ 74.629121 68.63576 63.56589147 59.341025 P/D 0.6860064 0.713099 0.740958466 0.7702236 ηO 0.5414217 0.567138 0.590941438 0.6111996 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2777.2419 2909.156 3031.255144 3135.1705 MAU 4-70 δ 73.772563 67.77185 63.03055556 58.68503 P/D 0.69254 0.723162 0.754280639 0.7861101 ηO 0.5210725 0.54571 0.565792779 0.5828644 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2672.8601 2799.238 2902.2542 2989.8239 据上表的计算结果可绘制PT E 、δ、P/D 及ηO 对V 的曲线，如下图所示。
螺旋桨的定义及其效率计算
螺旋桨的定义及其效率计算 一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J 变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数 直径(D)：影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(＜0.7音速)，否则可能出现激波，导致效率降低。 桨叶数目(B)：可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时，采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。 实度(σ)：桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目
198吨拖网渔船螺旋桨设计书
198吨拖网渔船螺旋桨设计书 指导老师： 专业班级： 学生姓名： 学号： 邮箱： 完成日期：2013/4/21
目录 1．船型.............................................. 2．主机参数............................................ 3．推进因子的确定...................................... 4．桨叶数Z的选取...................................... 5．AE/A0的估算 ........................................ 6．桨型的选取说明...................................... 7．根据估算的AE/A0选取2～3张图谱..................... 8．列表按所选图谱（考虑功率储备）进行终结设计 .......... 9．空泡校核............................................ 10．计算与绘制螺旋桨无因次敞水性征曲线 ................. 11. 船舶系泊状态螺旋桨计算............................. 12．桨叶强度校核....................................... 13．桨叶轮廓及各半径切面的型值计算..................... 14．桨毂设计........................................... 15．螺旋桨总图绘制..................................... 16．螺旋桨重量及转动惯量计算........................... 17．螺旋桨设计总结..................................... 18．课程设计总结..............................
螺旋桨设计计算书(2015)
MAU型螺旋桨设计计算书 1．船体的主要参数 船体总长L OA=150m 设计水线长L WL=144m 垂线间长L PP=141m 型宽B=22m 型深D=11m 设计吃水T=5.5m 方形系数C b=0.84 菱形系数C p=0.849 中剖面系数C m=0.69 排水量△=14000t 桨轴中心距基线距离Z P=2m 船体有效马力曲线数据如下： 2．主机参数 型号N/A（两台） 额定功率P S =1714hp 转速N=775r/min 齿轮箱的减速比i=5 桨轴处转速n=155 r/min 轴系传送效率ηS=0.97（中机型船）减速装置的效率ηG=0.97 旋向双桨外旋 3．推进因子的决定 伴流分数ω=0.248 推力减额分数t =0.196 相对旋转效率ηR=1.00 4．船身效率计算 ηH=(1-t)/(1-ω)=1.069
5．收到马力计算 储备功率取 10% 收到马力P D =0.9* P S*ηG *ηS*ηR= 0.9*1714*0.97*0.97*1=1451.43hp 6．假定设计航速有效马力计算 根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的Bp-δ图谱列下表计算。 据表中的计算结果可绘制P TE--Vs曲线，如下图1所示。从P TE--Vs曲线P E曲线交点处可获得： MAU4-40 Vs= 11.83Kn MAU4-55 Vs= 11.73Kn MAU4-70 Vs= 11.56Kn
7．初步确定桨的要素 8．空泡校核 根据柏利尔商船界限线计算 桨轴沉深 h s =T–Z P =3.5m 计算t=15°C,则Pv=174kgf/m2 取水温15度，Pa-大气压为：10330Kgf/m2 P 0-P v = P a –P v + h s γ= 13743.5kgf/m2
螺旋桨图谱设计
第九章螺旋桨图谱设计 §9-1 设计问题与设计方法 螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分。在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，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，又要使消耗的主机马力小；或者当主机已选定，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。因此，螺旋桨的设计问题可分为两类。 一、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的要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力，并据此订购主机。具体地讲就是： ①已知船速V，有效马力P E，根据选定的螺旋桨直径D，确定螺旋桨的最佳转速n、效率η 0、螺距比P/D和主机马力P s； ②已知船速V，有效马力P E，根据给定的转速n，确定螺旋桨的最佳直径D、效率η0、 螺距比P/D和主机马力P s。 二、终结设计 主机马力和转速决定后(最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同)，求 所能达到的航速及螺旋桨的尺度。具体地讲就是：已知主机马力P s、转速n和有效马力曲线， 确定所能达到的最高航速V，螺旋桨的直径D、螺距比P/D及效率η 0。新船采用现成的标准型号主机或旧船调换螺旋桨等均属此类问题。在造船实践中，一般采用标准机型，所以在实际设计中，极大多数是这类设计问题。 目前设计船用螺旋桨的方法有两种，即图谱设计法及环流理论设计法。 图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计。用图谱方法设计螺旋桨不仅计算方便，易于为人们所掌握，而且如选用图谱适宜，其结果也较为满意，是目前应用较广的一种设计方法。应用图谱设计螺旋桨虽然受到系列组型式的限制，但此类资料日益丰富，已能包括一般常用螺旋桨的类型。 环流理论设计方法是根据环流理论及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。用此种方法可以分别选择各半径处最适宜的螺距和切面形状，并能照顾到船后伴流不均匀的影响，因而对于螺旋桨的空泡和振动问题可进行比较正确的考虑。但由于此种方法计算繁复，加工工艺也较复杂，故目前在我国应用较少。随着电子计算机技术在造船事业中的应用，加上设计方法之优越，今后必然会得到广泛的应用。关于环流理论设计方法将在第12章中予以介绍。 1
浅谈船舶螺旋桨的设计..
浅谈船舶螺旋桨的设计 目录 目录 (1) 摘要 (2) 关键词 (2) 引言 (2) 1 结构与计算要素 (3) 1.1 结构组成 (3) 1.2 计算要素 (3) 2 项目设计过程及结果与分析 (5) 2.1 船体估算数据 (6) 2.2 螺旋桨要素选取及结果与分析 (6) 2.3 推力曲线及自由航行计算及结果与分析 (7) 2.4 计算总结 (9) 2.5 螺旋桨模型的敞水实验 (9) 3 螺旋桨设计的发展 (11) 3.1 节能减排促使螺旋桨加快创新 (11) 结束语 (13) 参考文献 (14) 致谢 (14) 附录 (14)
摘要 螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。影响螺旋桨推进性能的因素很多，在本设计过程中主要对螺旋桨的直径、螺距比、盘面比、桨叶轮廓形状等因素进行研究，并通过在工作中积累的经验，设计一艘内河A级拖船的螺旋桨。 关键词螺旋桨直径螺距比盘面比桨叶轮廓形状 引言 船在水面或水中的航行时遭受阻力，为了使船舶能保持一定的速度向前航行，必须供给船舶一定的推力，以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠专门的装置或机构通过吸收主机发出的能量并把它转换成推力而得，而这种专门吸收与转换能量的装置或转换能量的装置或机构统称为推进器。推进器种类很多，例如风帆，民轮，直叶推进器，喷水推进器及螺旋桨等，螺旋桨构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高，是目前应用最广的推进器。 1结构与计算 1.1结构组成 螺旋桨俗称车叶，通常由桨叶和浆毂组成。螺旋桨与尾轴连接部分叫浆毂，浆毂是一个锥形体。为了减小水的阻力，在浆毂后端加一
螺旋桨图谱设计
螺旋桨图谱设计 概述 螺旋桨图谱设计过程 船体主要参数 主机参数 推进因子的决定 可以达到最大航速的计算 按δ-P B 图谱设计的计算表 空泡校核计算结果表
强度校核 按2001年《规范》校核t 0.25R 和t 0.6R ，应不小于按下式计算之值： X K Y t -= e e Zbn N A Y 136.1=Zb D N GA A X d 10 32210= 表6-5 强度校核计算表
螺距修正 由于实际桨叶厚度大于MAU 标准桨厚度，故需因厚度差异进行螺距修正。 设计桨： 4365.19964.00784.0)(7.0?=R R t 标准桨： D D R t R ??=31075.09964.00171.0)(7.0 NP V w NP V s A 866.30)1(1?-==- 75.0]533.055.0)[()(7.07.07.0??-=?标设）（R t R t R t R R t R t s D P D p 7.00)()1()(2)(?--=? 修正后的螺距比： t D P D P D P )()(0?+= 重量及惯性矩计算 根据桨叶不同半径处各切面的形状求得其切面面积，用近似积分法算出桨叶的体积和体积惯性矩，进而得到螺旋桨的重量和重量惯性矩： 螺旋桨的重量和重量惯性矩
螺旋桨重量： 螺旋桨材料为铝镍青铜，材料重量密度为： ①叶片重量（未计及填角料的重量） 每叶片重量=?? ? ????+?=∑γ0.02R 0.166610R 31）（ 4个叶片重量 ② 桨毂重量 毂径 h d 桨毂长度中央处轴径的估计值为： 2 ) /(108.0045.03 10K D KL N P d - += 桨毂重： 20 )6.088.0(d L d d G K h γ-= ③ 整个螺旋桨重量 (2) 转动惯性矩
AU(MAU)型螺旋桨型值(图谱)
AU(MAU)型螺旋桨型值(图谱) 表1 四叶模型螺旋桨要素表 MAU4-40 MAU4-55 MAU4-70 直径(m) 0.250 0.250 0.250 毂径比 0.180 0.180 0.180 盘面比 0.400 0.550 0.700 最大叶宽比 0.226 0.311 0.398 平均叶宽比 0.192 0.263 叶厚比0.050 0.050 0.050 后倾角 10? 10? 10? MAU4-40MAU4-558.80 0.301.00R 0.90R 0.70R2.60 0.50R 0.30R3.30 4.40 5.00 20.4013.40φ10.0410.04φ (a) MAU4-70 8.800.30 1.00R 0.95R 2.60 0.80R 0.70R 0.60R 0.50R 0.40R 0.30R3.324.40 0.20R 5.0020.4013.60 φ13.4014.80φ (b) 图 1 表2 五叶模型螺旋桨要素表 AU5-50 AU5-65 MAU5-80
直径(m) 0.250 0.250 0.250 1 0.180 0.180 0.180 毂径比 0.500 0.650 0.800 盘面比 0.226 0.294 0.364 最大叶宽比0.050 0.050 0.050 叶厚比(叶厚分10? 10? 10? 数) 后倾角 AU5-50AU5-658.800.301.00R 0.95R 0.80R2.600.70R 0.60R 0.50R 0.40R 3.300.30R 4.400.20R 5.0020.4013.60φ10.0410.04φ (a) MAU5-808.800.301.00R 0.95R2.60 0.80R 0.70R 0.60R 0.50R 0.40R
螺旋桨设计计算公式
桨叶的迎角只会影响升力的大小，不会前进。直升机前进是靠螺旋桨的旋转面向前倾斜实现的，桨叶的迎角变化，指的只是桨叶本身绕横向的轴旋转。就是对称的两只桨，成一条直线，以这个直线为轴旋转。迎角增大，旋转阻力增大，如果转速不变的情况下，升力就会增大，直升机上升。 飞机螺旋桨由两个或者多个桨叶以及一个中轴组成，桨叶安装在中轴上。飞机螺旋桨的每一个桨叶基本上是一个旋转翼。由于他们的结构，螺旋桨叶类似机翼产生拉动或者推动飞机的力。 旋转螺旋桨叶的动力来自引擎。引擎使得螺旋桨叶在空气中高速转动，螺旋桨把引擎的旋转动力转换成前向推力。空气中飞机的移动产生和它的运动方向相反的阻力。所以，飞机要飞行的话，就必须由力作用于飞机且等于阻力，而方向向前。这个力称为推力。 典型螺旋桨叶的横截面如图3－26。桨叶的横界面可以和机翼的横截面对比。一种桨叶的表面是拱形的或者弯曲的，类似于飞机机翼的上表面，而其他表面类似机翼的下表面是平的。弦线是一条划过前缘到后缘的假想线。类似机翼，前缘是桨叶的厚的一侧，当螺旋桨旋转时前缘面对气流。 桨叶角一般用度来度量单位，是桨叶弦线和旋转平面的夹角，在沿桨叶特定长度的的特定点测量。因为大多数螺旋桨有一个平的桨叶面，弦线通常从螺旋桨桨叶面开始划。螺旋角和桨叶角不同，但是螺旋角很大程度上由桨叶角确定，这两个术语长交替使用。一个角的变大或者减小也让另一个随之增加或者减小。 当为新飞机选定固定节距螺旋桨时，制造商通常会选择一个螺旋距使得能够有效的工作在预期的巡航速度。然而，不幸运的是，每一个固定距螺旋桨必须妥协，因为他只能在给定的空速和转速组合才高效。飞行时，飞行员是没这个能力去改变这个组合的。 当飞机在地面静止而引擎工作时，或者在起飞的开始阶段缓慢的移动时，螺旋桨效率是很低的，因为螺旋桨受阻止不能全速前进以达到它的最大效率。这时，每一个螺旋桨叶以一定的迎角在空气中旋转，相对于旋转它所需要的功率大小来说产生的推力较少。 为理解螺旋桨的行为，首先考虑它的运动，它是既旋转又向前的。因此，如图3－27中显示的螺旋桨力向量，螺旋桨叶的每一部分都向下和向前运动。空气冲击螺旋桨叶的角度就是迎角。这个角度引起的空气偏向导致了在螺旋桨引擎侧的气动压力比大气压力大，所以产生了推力。 桨叶的形状叶产生推力，因为它的弯曲就像机翼的外形。所以，空气流过螺旋桨时，一侧的压力就小于另一侧。如机翼中的情形一样，这产生一个向较低压力方向的反作用力。对于机翼，它的上面气压低，升力是向上的。对于螺旋桨，它是垂直安装的，而不是水平的飞机上，压力降低的区域是螺旋桨的前面，这样推力就是朝前的。按照空气动力学的说法，推力是螺旋桨外形和桨叶迎角的结果. 考虑推力的另外一个方法是螺旋桨应对的空气质量方面。这方面，推力等于它的空气质量，螺旋桨引起的滑流速度越大，飞机速度就越小。产生推力所消耗的功率取决于空气团的运动速度。一般来说，推力大约是扭距的80％，其他20%消耗在摩擦阻力和滑移上。对于任何旋转速度，螺旋桨吸收的马力平衡力引擎输出的马力。对螺旋桨的任意一周，螺旋桨处理的空气总量依赖于桨叶角，它确定了螺旋桨推动了多少的空气。所以，桨叶角是一个很好的调整螺旋桨负荷的方法来控制引擎转速。 桨叶角也是一个很好的调整螺旋桨迎角的方法。在横速螺旋桨上，对所有引擎和飞机速度，桨叶角必须可调以提供最大效率迎角。螺旋桨和机翼的升力－阻力曲线，表明最大效率迎角是一个小的值，从2到4度变化的正值。实际桨叶角必须维持这个随飞机前进速度而变化的小迎角. 为一周旋转和前进速度的效率最好而设计了固定桨距和地面可调节(ground-adjustable)螺旋桨。这些螺旋桨设计用于特定的飞机和引擎配合。螺旋桨可以在起飞，爬升和巡航或高速巡航时提供最大螺旋桨效率。这些条件的任何改