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1. 船舶螺旋桨设计简述 内容 1 摘要 2 关键词 2 引言 21 结构及计算要素 31.1 结构组成 31.2 计算要素 32 方案设计过程、结果与分析 5 2.1 船体估算数据 62.2 螺旋桨单元选择、结果与分析62.3 推力曲线和自由航行计算、结果与分析 72.4 计算总结 92.5 螺旋桨模型敞水实验 93 螺旋桨设计发展 113.1 节能减排促进螺旋桨创新 11 结论 13 参考文献 14 致谢 14 附录 14 摘要 螺旋桨是螺旋桨发展的必备品船舶工业推进部件的设计精度将直接影响船舶的推进速度及其为船舶前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的重要组成部分，是保证船舶航速的重要方面。一般螺旋桨设计是在船舶下船后初步完成的。
2、通过估算或船模试验确定船体有效功率后，进行线性设计。 影响螺旋桨推进性能的因素有很多。 本次设计过程中，主要研究了螺旋桨的直径、螺距比、盘比、桨叶型线形状等因素，通过工作中积累的经验，设计出一艘内河A级拖轮。 螺旋桨。 关键词 螺旋桨直径 螺距比 盘比 桨叶轮廓形状 简介 船舶在水上或水中航行时会遇到阻力。 为了使船舶保持一定的航速并向前航行，必须向船舶提供一定的推力以克服其所承受的阻力。 。 作用在船舶上的推力依靠专门的装置或机构来吸收主机发出的能量并将其转化为推力。 这类专门吸收并转换能量或转换能量的装置或机构统称为推进器。 螺旋桨的种类很多，如风帆、民用螺旋桨、直叶螺旋桨、喷水螺旋桨等。
3、推进器、推进器等。推进器结构简单、成本低、使用方便、效率高。 是目前应用最广泛的螺旋桨。 1 结构与计算 1.1 结构组成 螺旋桨俗称桨叶，通常由桨叶和桨毂组成。 螺旋桨与尾轴的连接部分称为螺旋桨轮毂，螺旋桨轮毂为圆锥体。 为了减少水的阻力，在螺旋桨轮毂后端加装整流罩，与螺旋桨轮毂形成光滑的线状体，称为轮毂盖。 螺旋桨在水中产生推力的部分称为叶片，叶片固定在螺旋桨轮毂上。 普通螺旋桨通常为3叶或4叶，2叶螺旋桨仅用在帆船或小船上。 近年来，一些船舶（如大吨位、大功率油轮）采用5叶或以上螺旋桨以避免振动。 从船尾向前看时看到的螺旋桨叶片的一侧称为叶片面，另一侧称为叶片背。 叶片与轮毂的连接点称为叶根，叶片的外端称为叶尖。螺旋桨旋转时首先进入水中
4. 一侧称为前缘，另一侧称为跟随缘。 螺旋桨旋转时叶尖的圆形轨迹称为叶尖圆。 叶尖圆的直径称为螺旋桨直径，用D表示。叶尖圆的面积称为螺旋桨，圆盘面积用Ao表示。 它们之间的关系可用下式表示： Ao=D2/4 从船后向前看，螺旋桨向前旋转为顺时针方向，称为右旋螺旋桨。 ，否则就变成左旋桨。 安装在船尾两侧的螺旋桨有左旋桨和右旋桨，称为外旋桨。 左旋桨和右旋桨称为内螺旋桨。 1.2 结构计算要素 1）螺旋桨直径：首先考虑与尾部形状和吃水的关系。 在绘制船体线时，螺旋桨的轴线位置和可能的最大直径已经基本确定。从尾部形状和吃水情况来看，普通船舶的螺旋桨直径大约在以下范围内：单螺旋桨D=(0.70. 8）Tw； 双螺旋桨 D=(0.60.7)T w. Tw 在哪里
5、船舶满载时的船尾吃水。 只要螺旋桨直径不超过尾部形状和吃水条件的限制，通过设计图即可得到敞水效率最佳的螺旋桨直径。 但由于船后尾流不均匀的影响，开阔水域的最佳直径与船后的最佳直径略有不同。 随着尾流不均匀程度的不同，最佳直径应不同程度减小：单螺旋桨所在位置，尾流不均匀性较大，最佳直径应减小35%； 流量比较均匀，最佳直径减少约24%。 2）盘比：如果螺旋桨的直径、螺距、转速和叶片数量都相等，则推力和扭矩将随着盘比的增大而增大。 但当盘比较大时，翼栅的作用较大，叶片的摩擦阻力也较大，螺旋桨的效率较低。如果盘比过小，叶片厚度必然增加由于强度要求。 此时叶片单位面积发出的推力会较大，容易产生空化，涡流阻力增大。
6.导致效率降低。 因此，设计螺旋桨时，选择不引起空化的最小盘比。 3）桨叶型线形状：桨叶型线可以影响螺旋桨的效率和空化。 但我们的现场反馈显示，对于形状普遍接近椭圆形的桨叶，桨叶形状的改变对螺旋桨效率影响不大。 4）叶片数量：螺旋桨叶片数量的选择应根据船型、吃水、推进性能、振动和空化等综合考虑。 一般认为，如果螺旋桨的直径和膨胀面积相同，叶片数量较少的螺旋桨效率会稍高，而叶片数量较多的螺旋桨往往效率会稍低。由于叶片之间更大的相互干扰，效率更高。 叶片较多的有利于减少振动，叶片较少的有利于避免气蚀。 5）螺旋桨转速：螺旋桨转速越低，直径可以越大船舶螺旋桨简易设计，效率越高。 但对于主机来说，转速高的话，机器效率就高，主机的重量和尺寸也可以减小。 由此
7、可见，螺旋桨转速与主机转速要求是相互对立又相互联系的。 因此，需要使螺旋桨的转速与主机的转速相匹配。 但一般民用船舶螺旋桨设计时，往往会从已生产的几种具有一定功率的船用主机中进行比较和选择。 更多情况是先获得主机，然后再设计船舶。 因此，在设计螺旋桨时，往往会给出螺旋桨的转速。 在相同功率的情况下，螺旋桨船的推进效率高于双桨船。 此时，由于单桨位于船尾纵向中段，尾流较大，且单桨直径比双桨直径大，因此其效率更高。 高的。 2、项目设计过程、结果及主要船体尺寸和船型系数分析。 该螺旋桨设计来自内河A级拖船。 以下为本次设计相关的船体主要尺寸及船型系数：总长23.7米，水线长23米，宽度
8、型深5.30米，2.0米，设计吃水1.25米，设计排水量88.7吨，首高2.55米，尾高2.25米，平方系数0.578，水线面系数0.809，剖面系数0.917，纵向菱形系数0.630，纵向位置浮心距 -0.6512.1 船体估算数据 船体有效效率估算（ 法），见表 1 垂线间长度：L 22.0 m 宽度：B 5.3 m 吃水：T 1.25 m 方形系数：Cb 0.57摩擦阻力系数：f 0.1497 是 隧道：m 1.2 水温：t 1.5 船中截面积：Am 6.0884 m² 淹没面积：99.462m 剩余阻力系数：2.23501 船速 Vskn 7 8 9 10
9. 11 2Vm/s3.60084.11524.62965.1445.6584 3V1.8310.4313.3116.5220.0323.85 4f*V1.83155.2198.2245.9298.1355.0 5Fn0.2450.2800.3 1 50.3500.385 64Fn自航船 0.9811.1211.2611.4011.541 7X=1.7+ (6) 2.6812.8212.9613.1013.241 8V31.02154.10493...308 9*Cb*Am*(8)240.6419.6725.21246.32135.410R=(4)+(9).8617.89
10. 71.01544.42490.=(10)(2)/.033.959.9105.9187.9121.2*.0741.41165.31853.32988.4131.2*.840.771.9127.1225.5 表 12.2 螺旋桨元件选择、结果和分析 2. 21 螺旋桨元件的选择（见表2) 安静深水设计拖航速度：Vs=13km/h7.0kn 螺旋桨直径：D=1.10m 主机型号：NT/-M 数量：2 台 MCR：200hp 功率储备：10% 设计点工况：180hp齿轮箱减速比：4:1 螺旋桨转速：N=轴系
11、效率：s=0.96 齿轮箱传动效率：g=0.97 尾流分数：w=0.13 推力降额：f=0.14 船体效率：h=0.989 工程单位值 尾流分数 w 0.13 拖航状态设计航速 V kn 7V A =V (1-w) kn 6.09PD=MCR x 0.9 xsxg hp 167.6VA kn 6.09N rqm 436D m 1.10Bp x 海水/淡水=(N x)/VA2.5 x海水/淡水（MAU图表为海水中的图表，此船舶为内河船舶） 7.95 = (N x D)/ VA 78.75 根据表2，通过查MAU图（如表3）得到Bp： 图式桨距比P/D敞水效率。 840.
12. 550.820..800.457 表32.22 结果与分析 计算分析表明，满足空化要求的最小盘比约为Ae/Ao=0.65。 根据结果插值可知：该盘比下的螺距P/D=0.807，敞水效率o=0.4612.3 推力曲线及自由航行计算 拖船有两种典型的航行状态：自航-推进状态和牵引状态。 拖船自由航行时，螺旋桨的推力仅用于克服船体的阻力； 拖船被拖曳时，除了要克服船体本身的阻力外，还需要克服拖钩上的拉力。 两种不同工况下螺旋桨的工作状态明显不同。 因此，设计状态的选择需要具体分析比较。 2.31 设计转速下的有效推力（如表5）： 扭矩：
13. M=75 x 60 x Po/2 序号项 单位值 1 假定速度 Vskn 7 2VA=Vs x (1-w) x 0.5144m/s 3.133 3J 0.392 4KT 0.227 5KQ 0.0305 6T=2x(KT/KQ) ( M/D)(1-t)kgf 3205.3 表5 当拖船航行高于设计拖航速度时，相当于阻力减少。 由于前进速度 VA 较原设计状态有所增加，即此时螺旋桨发出的推力 VAVA 等于 吸收扭矩减小，因此螺旋桨负载变轻，主机可旋转螺旋桨不费吹灰之力，使速度越来越快，超过额定转速，造成超速。 不允许主机长时间超过额定转速运行。 因此控制转速的唯一办法就是减少主机喷油量，使其不超过额定转速。
14. 速度。 随着喷油量减少，主机扭矩减小，动力不足。 因此，当航速高于设计航速时，螺旋桨与主机配合的特点是维持原设计航速，但主机的功率无法发挥。 2.32 高于设计转速时的有效推力（如表6）： n=7.267 rpm 序号 项目 单位值 1 假定转速 Vskn8.0 9.0 10.0 11.0 2VA=Vs x (1-w) x 0.5144m/s3 。 580 4.028 4.475 4.923 3J0.448 0.504 0.560 0.616 4KT0.204 0.180 0.155 0.130 5T=2×KTn2 D4(1-t).8 2437 2105.9 1764.9表6
15、当拖船航行低于设计拖航速度时，相当于阻力增加。 由于进速VA低于原设计状态，攻角增大，从而增大了螺旋桨在运行时遇到的阻力矩。 由于机器的扭矩无法再增加，就会出现主机没有螺旋桨的现象。 此时，降低转速的唯一办法就是减小螺旋桨所接受的扭矩，直至等于主机的额定扭矩。 总之，在此状态下，螺旋桨与主机配合的特点是，扭矩按设计不变，但螺旋桨转速下降船用柴油机，使螺旋桨无法充分吸收主机的额定功率。 计算该状态下螺旋桨发出的有效推力。 由于转速变化且未知，因此在假设速度下无法获得前进速度系数J。 因此，计算直接从假设的前进速度系数J开始，逆向求出相应的转速和速度。 2.33 低于设计航速的有效推力（如表7所示）：M=75×
16. 60 0.050.07 0.09 0.12 0.135N=.8381.4 398.2 419.5 432.56 对应速度 Vs(kn)kn0.001.56 3.26 5.16 6.20 7T=2x(KT/KQ)(M/D)(1-t).2378 1.9 3611.1 3395.1 3300.3 表 72。
17. 34 自由航行速度的测定。 将表格计算结果绘制成推力速度曲线（TV）。 推力曲线与船体阻力曲线交点对应的速度即为自由航行速度。 见附录（图1） V=10.14kn=18.78km/h2 .4 计算概要 直径：D=1.10m 螺旋桨数量：2 螺距比：P/D=0.807 盘比：Ae/Ao=0.65 桨叶类型： MAU 叶片数量：Z=4 材质 镍铝青铜（Cu3） 重量：170kg 自由航速：18.8km/h2.5 螺旋桨模型敞水实验 螺旋桨模型单独在静水中进行的实验称为敞水实验，实验可在船模实验池或空化水箱中进行。 它是验证和分析螺旋桨性能的一种相对简单的方法。螺旋桨敞水实验的目的如下： 1）对螺旋桨模型进行一系列实验，并绘制得到的结果
18、绘制螺旋桨设计图； 2）根据系列选型结果，可以全面、系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以便在设计和改进螺旋桨时正确选择各种参数。 3）为了配合同一螺旋桨的自航实验和敞水实验，需要对推进效率成分进行分析，比较各种设计方案的优缺点，以利于选择最佳的螺旋桨。 通过设计和实验证明，几何相似的螺旋桨实现动力相似的主要条件是进速系数J相等。 也就是说，无论实际螺旋桨与模型螺旋桨的绝对尺度和运动速度有多大差异，只要保持它们之间的几何相似性且进速系数J相等，则无量纲系数KT、KQ和o都相等，因此，螺旋桨模型的实验结果可以应用于其几何相似的实际螺旋桨。当几何形状或进给速度J改变时，没有
19、尺寸系数KT、KQ、o也相应变化； 因此，对于一定几何形状的螺旋桨，其水动力性能仅与进速系数J有关，而KT、KQ和o是进速系数J的函数，因此可写为以下三个方程： KT = T / n2D4 = f1(J) KQ = Q/ n2D5 = f2(J)o = (KT / KQ).(J/2) = f3(J) 螺旋桨实验的目的是测量性能螺旋桨的数据，即找出上述KT、KQ、o、J的变化规律。 一般保持模型速度n不变，在不同速度VA下进行实验，改变速度系数J.值。 3.螺旋桨设计发展 3.1节能减排促进螺旋桨创新。 减少排放、节省燃油成本，促使越来越多的船东将目光转向螺旋桨。目前，有两种新技术应用于螺旋桨
20.船舶螺旋桨。 具有顺桨能力的双螺旋桨单主机在较低功率水平下会失去效率，而当船舶需要以稍低的速度航行时，依赖于较小双主机的双螺旋桨操作提供了更大的灵活性。 可以仅使用一组推进装置，并在必要时启动另一台剩余主机。 除了增加冗余之外，双桨配置还由于排放较少而有利于环境。 Berg 最近推出了适用于双螺旋桨船舶的具有顺桨功能的 Berg 可调螺距螺旋桨。 该公司认为这一解决方案特别适合沿海油轮。当船舶以较低速度航行时，顺桨其中一个螺旋桨的概念是将两个螺旋桨的非活动螺旋桨叶片旋转 90 度，使它们与水。
21、流动是平行的，从而最大限度地减少阻力，进一步节省工作主机燃烧的燃油。 顺桨是连接和断开轴系的更有效的替代方案，不需要工作。 首批具有羽化功能的BCP安装在中国鼎衡造船建造的一艘100米长的化学品运输船和佛罗里达集团建造的一艘85.5米长的渡轮上。 Berg认为，用这种设计的螺旋桨对现有船舶进行改造也有很大的潜力，因为可以快速回收投资并减少污染。 概念螺旋桨 提高效率和应对新环境挑战的另一个解决方案是劳斯莱斯
22. 公司的舞会作为概念。 它具有螺旋桨轮毂，可让水顺利流向配备 Costa 舵球的扭曲舵。 吸引人的是它的推进效率可以提高6%。 该技术对于中小型船舶和化学品运输船特别有吸引力。 光滑的螺旋桨带着扭曲的舵流入水流中，可以回收涡流能量，消除轮毂涡流。 扭转程度不固定，应与螺旋桨的旋转方向相适应。 螺旋桨叶片上的负载也可以重新分配船舶电子与信息设备保养，以实现更高的效率，同时减少噪音和振动。 预计压力脉动实际减少量平均约为25。正常转舵时，失速临界角可减少34度，而在机动时可提供更大的角度和更高的升力，并限制舵空泡。因此，可以减少
23.小型普通舵的面积在低速时会产生额外15%的侧向力。 光滑的盖子有助于产生更好的水流并减少损失。 罗尔斯·罗伊斯声称，安装后，船东可以在2年内收回成本。 载重量为0.81的普通化学品船或成品油船，方矩系数为0.81，计划航行航速为15kn。 考虑三种不同的舵扭转，舵的功率需求可降低6.59.5%，且船体仅需要更小的导流鳍。 如有必要，船东还可能要求在舵上安装襟翼。 如果需要，现有船舶也可以使用该装置进行改装。 对于载重量大约/以下的单螺旋桨油轮（和散货船）
24. 这个概念无论是新船还是运营中的船舶都显示出良好的前景。 结论螺旋桨为船舶前进提供推力，但影响螺旋桨推进性能的因素较多。本设计项目结果表明，其与主机、船体、流体密切相关。 如何正确处理螺旋桨的各个要素，如直径、螺距比H/D、盘比、叶片轮廓形状、叶片数量和转速n等也有关系。 通过本次研究和实践，分析了设计的重点和难点，取得了一定的成果。 本次设计主要总结如下： (1)只要螺旋桨直径不超过尾部形状和吃水条件的限制，设计就可以通过。图中为最佳敞水的螺旋桨直径效率; (2)进速系数相同时，螺距比越大，推力系数和扭矩系数越大； (3)设计螺旋桨时，选择不造成空心气泡的最小圆盘面积比； (4)如果直径和圆盘面积比相同，叶子的数量就会少
25、效率更高。 选择螺旋桨叶片数量时，需要考虑船舶的用途以及螺旋桨的效率、振动、空化等因素； (5)螺旋桨转速与主机转速要求是相互对立而又相互联系的。 因此，需要使螺旋桨的转速与主机的转速相匹配。 在工作的同时，通过现场给我们的反馈信息，我们将不断改进设计流程，使螺旋桨在发货后能够满足所有要求并最大限度地提高效率。 在设计方面，我们也会不断地进行改进。 取得了相应的进展和成绩，也得到了船厂和船东的认可。 参考文献： 1 中国船级社《钢质海船入级与建造规范》（2001）及修订公告（2004） 2 船用螺旋桨设计。 广东工业学院造船系编，1976年10月，第一版。 3 船舶动力装置设计。 上海交通大学，广州，任文辉，高鹗，
26. 编辑，1991 年 11 月，第一版。 4 船舶原理。 人民交通出版社，潘晓明主编，2007年2月船舶螺旋桨简易设计，第一版。 5 内河船舶设计手册。 长江船舶设计院编，1972年12月，第6版船舶设计实用手册。 中国船舶重工集团公司编，2000年12月，第1版7船体结构及制图。 哈尔滨工程大学，彭公武主编，2007年2月。 8 船体强度与结构设计。 背景 国防工业学院，王继德主编，1995年4月。致谢：在本篇毕业论文写作完成之际，谨向我的论文导师表示衷心的感谢。 在论文的写作过程中，他总是在论文的选题、展开、写作和修改等方面给我周密的考虑。 在他的指导下，论文的研究工作顺利完成。 感谢同学们在日常生活、学习和论文写作中对我的帮助； 感谢同事们在整个写作过程中给予的指导和帮助； 感谢所有一直关心我学习、研究和发展的老师、同学和朋友。 ; 感谢家乡的父母在精神上和生活上给予我的关怀和鼓励。 正是因为有了父母的关心和支持，我才更加努力，一步步继续奋斗。 我深深感谢所有关心和支持我的人。 陈翔飞 2014年4月9日 附录图1
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