本科船舶原理思考题(答案)

例1：已知螺旋桨型式为B4－55，直径D ＝2.6米，转速N ＝200r/min ，进速
12.65A
kn V
=，要求发出98100N 推力，如轴系效率为0.97，试求该螺旋桨所需之螺距比
及主机功率。

解：
1）预备计算
200
3.3360
n ==(r/s)
0.514412.65 6.507A
V
=⨯=(m/s)
2
24
10003.33n D
ρ=⨯⨯4
=506736.12(N)2.6
2）计算J 和
T
K
6.507
0.7523.33 2.6
A
J nD
V
=
=
=⨯
2
4
98100
0.194506736.12
T
T
K
n
D
ρ=
=
=
3）按算出的J 和T
K
值查B4－55性征曲线图得
1.07P
D
= 0.035Q
K
=
4）求螺旋桨收到功率
2D
nQ P π=
2
25
5
0.0351********.987()3.33 2.6Q Q N m n
K D
ρ==⨯⨯⨯=⋅
2 3.1446112.987 3.33964.333()D
kW P
=⨯⨯⨯=
5）求主机功率 946.333
994.158()0.97
D S S
kW P
P η
=
=
=
例2：已知某单桨船，航速V ＝14.85kn ，有效功率
660.1848E
kW P
=，螺旋桨直径D
＝2.6m ，转速N ＝200 r/min ，推力减额分数t=0.118，伴流分数0.15ω=，相对旋转效率
R
1.0η＝，传送效率S
0.95η＝，求B4－55系列的螺旋桨所需主机功率。

解： 1）计算J 和
T
K
V 14.850.51447.64(/)m s ⨯＝＝
(1)7.64(10.15) 6.50A
V V
ω=-=-=(m/s)
660184.8
86411.623()7.64
E
R N V
P
=
=
=
86411.623
97972.362()(1)(10.118)1
P R T N t Z =
==--⨯
2
2
4
4
97972.362
0.1931000200
() 2.660
T
T
K
n
D
ρ=
=
=⨯⨯
6.50
0.75200() 2.6
60
A J nD V ===⨯
2）由J 和
T
K
值查图谱得
1.07P
D
= 0.035Q
K
=
0.66η
=
3）求主机功率
2
2
5
5
0.035100046.205()200
() 2.6
60
Q
kN m Q n K D ρ==⨯=⋅⨯⨯
46.205
46.205()1.0B
R
kN m Q Q η
===⋅
200
22 3.1446.205967.225()60
DB B
n kW Q P π==⨯⨯
⨯= 967.225
1018.132()0.95
DB S S
kW P
P η
=
=
=
一、判断
1、当船模和实船的雷诺数相等时，它们的单位排水量的摩擦阻力相等。

2、因为形状因了1+K 在低速试验求得，所以三因次换算法也只能适用于换算低速船舶的阻力。

3、由于无边界层分离时，就无旋涡，则粘压阻力就不存在。

4、一般说来，随着桨叶数目的增加，螺旋桨效率增加，抗空泡性能与抗激振性能也得到改善。

5、高速螺旋桨易发生空泡的原因在于来流
V
很大，致使叶背上的压力
b
P
很小，从
而具有较高的减压系数，而易发生空泡。

6、系泊时，螺旋桨与主机的匹配若刚好，则其转速保持不变。

7、拖轮常用导管桨，是因为桨受到良好的保护。

8、实效螺距是指实际测量的螺距。

9、敞水性征曲线上效率最高点，即设计图谱上的效率最佳点。

10、军舰速度高，故其伴流分数大。

11、由于船体表面存在纵向和横向弯曲，其摩擦阻力和相当平板的摩擦阻力有差异，此称为尺度效应。

12、某舰试航时，螺旋桨转速达不到设计转速，主机功率不能充分吸收，说明该桨处于负载过轻状态。

二、简答
1、分析浮心纵向位置对阻力的影响。

2、试用理想推进器理论分析提高螺旋桨效率可采取的途径，并举三例。

三、计算
1、某海船模型长度m
L
＝9米，湿表面积
m
S
＝10平方米，在船池中进行试验，测得
其在
m
V
＝1.5米每秒时总阻力
tm
R
＝4.6公斤。

已知船模摩擦阻力
fm
R ＝3.4公斤，试用
二因次换算方法，计算缩尺比为25的实船在相应速度时的有效功率
E
P。

1957ITTC 公式：
2
0.075
(lg 2)
f
e c
R =
-
粗糙补贴：
3
0.410f
c
-=⨯∆
海水：2
4
104.5/kgf s m ρ=⋅
；2
1.158/s m ν=
淡水：2
4101.87/kgf s m ρ=⋅；2
1.139/s m ν=
T7－7：已知尺度比25λ=，船模长6m ，湿面积27m ，在试验池中速度为1.8/m s ，测得总阻力为4.3(42)kgf N ，试求：
1、实船长；
2、实船湿面积；
3、实船航速，以节为单位；
4、实船总阻力，摩擦阻力按1957ITTC 公式、粗糙度补贴系数取5410⨯；
5、此航速下实船所需的有效功率。

解：
1、实船船长256150()s m m L L λ==⨯=。

2、实船湿面积2
2274375)(25s m m s s λ==⨯=。

3
、实船航速 1.89.0(/)17.5s m m s kn v v ==
==。

4、实船总阻力t R （用傅汝德法）： 1）计算雷诺数
取标准水温015t c =，假定实船航行水域为淡水。

9
6
9.0150 1.1851.1390210
10
s s es s
v L
R ν
-⨯==
=⨯⨯
6
6
1.869.4821.1390210
10
m m em
m
v L R ν
-⨯===⨯⨯
2）计算摩擦阻力 A 、实船
3
2
2
0.075
0.075
1.4999
10
(lg 2)(lg1.1852)
10fs es C R -=
=
=⨯-⨯-
2332
1
()
21(1.4990.04)999.044375272430()
2
10109.0fs fs f s s
s N V C C R S ρ--=+=⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=∆
B 、船模
3
2
2
0.075
0.075
3.0286
10
(lg 2)(lg9.4822)
10fm em C R -=
=
=⨯-⨯-
232
1
213.028999.04734.3()
2
10 1.8fm fm m m
m N V C R S ρ-=⋅
=⨯⨯⨯⨯⨯=
3）计算剩余阻力
A 、船模7.7()rm tm fm N R R R =-=
B 、实船33999.047.7120313()999.04
25s rs rm m
N R R ρλρ
==⨯⨯=
4）实船总
总船体阻力
5
272430120313 3.93()10ts fs rs N R R R =+=+=⨯
5、实船有效功率563.939 3.54()1010es ts s W V P R =⋅=⨯⨯=⨯
2、某内河单桨船，航速V ＝7.5 m/s ，阻力R ＝17992.8 N ，螺旋桨直径D ＝1.0 m ，转速n ＝10 m/s ，测得船后桨消耗的转矩Q B ＝2998.8N ⋅m ，该桨敞水性征曲线为K T =0.5－0.5J ；K Q =0.06－0.05J 。

若相对旋转效率R
1.0η=，水密度ρ＝1000kg/m3 ，试求：
1、桨的伴流分数ω和推力减额分数t ；
2、船的有效马力P E 和螺旋桨的推马力P T ；
3、螺旋桨的敞水收到马力P D0 。

解：1、求敞水桨消耗的转矩Q 0
Q 0＝R ηQ B ＝1.0⨯2998.8＝2998.8N ⋅m
2、求敞水桨的转矩系数K Q
K Q ＝
25
Q
n D
ρ＝25
2998.8
100010 1.0
⨯⨯＝0.030
* Q 即为Q 0 3、求进速系数J
由K Q =0.06－0.05J ，得J ＝（0.06－K Q ）/0.05
＝（0.06－0.030）/0.05＝0.60
4、求进速V A
由J ＝V A /nD ，得 V A ＝JnD ＝0.60⨯10⨯1.0＝6.0 m/s 5、求伴流分数ω
ω＝1－A V V
＝1－6.0/7.5=0.2
6、求推力系数K T
K T =0.5－0.5J ＝0.5－0.5⨯0.60＝0.2 7、求推力T T ＝K T 2
4
n
D
ρ＝0.2⨯1000⨯2
410
1.0⨯＝20000 N
8、求推力减额分数t t ＝
T R T －＝2000017992.8
20000
－=0.10036 9、求有效马力P E
P E ＝RV/75＝17992.8
7.59.875
⨯＝183.6
hp
10、求推马力P T
P T ＝A T V 75
＝20000
6.0
9.875⨯＝163.3 hp
11、求敞水效率0η
0η＝
T Q J
K 2K π
⋅＝
0.20.60
0.032 3.14
⨯⨯⨯＝0.637
12、螺旋桨的敞水收到马力P D0
P D0＝
T 0P η＝16000.637
＝256.4 hp 3、若已知数据据同上题，且速度为零时的推力减额分数0
0.04t =，轴系传送效率
0.97S η=。

试求系泊时螺旋桨的有效推力e T 及主机发出的功率S P 。

试用理想推进器理论分析得出提高螺桨效率的措施，并列举三例。

答：1、理想推进器效率公式：
A 、
1
12++
=
σ
η
T
iA
其中
V A T A
i T
20
2
1
ρσ
=
式1
B 、
V
A T A
i
iA
21
4134ρ
η
+
+= 式2
2、由式1可得措施一：增大螺旋桨直径D D ↑→A 0↑→
σ
T
↓→
η
iA
↑
例如：隧道尾和设计纵倾。

由式2可得措施二：限制尾流收缩 限制尾流收缩→A 1↑→
η
iA
↑
例如：导管螺旋桨。

P195 T8－6：已知螺旋桨直径5D m =，船后桨收到功率2100DB kw P =，推进功率
1400T
kw P
=，转速120/min N r =，进速12A kn V =。

求桨的转矩系数、推力系数及敞
水效率。

取相对旋转效率
0.99R
η
=。

解：1、求转矩系数
Q
K
1）敞水螺旋桨收到马力
D P
21000.992079D DB R
P
P η=⋅=⨯=（kw ）=2826.65（hp ）
2）敞水螺旋桨消耗的转矩
Q
0275
D n Q P π=（hp ）
→
00
75752826.65
16878.88120
22 3.1460
D n
P Q
π⨯=
=
=⋅⨯⨯
（kgf m ） 3）转矩系数Q
K
2
2
5
516878.88
0.01291025
9.80665
120()560
Q Q
K n D
ρ=
==⨯⨯
注：式中Q 即为0
Q。

2、求推力系数
T
K
1）求推力T
75
A
T
T V P
=
（hp ）
→1000
75140075735.49923127.30120.5144
T
A
T P V
⨯⨯=
=
=⨯（kgf ）
2）推力系数T
K
2
2
4
423127.30
0.088510259.80665
120()560
T
T
K
n
D
ρ=
=
=⨯⨯
3、求敞水效率
η
方法一、
1000
1400735.4990.6732826.65
T
D P
P
η
⨯
=
=
= 方法二、0
120.51441205
0.0885600.674220.01292 3.14
A
T T Q Q J nD V K K K K ππη⨯⨯=
⋅=⋅=⨯=⨯ 注：两方法所得计算结果基本一致，说明本题计算过程基本正确。

课外思考题：
为什么敞水桨模的性征曲线组能用于主机带动的船后实桨的设计？ 答题要点：
1）敞水桨模与敞水实桨的关系（敞水桨模→敞水实桨）：敞水效率（若敞水实桨与敞水桨模几何相似、进速系数相等，两者的性征曲线一致）；
2）敞水实桨与船后实桨的了解（敞水实桨→船后实桨）：相对旋转效率；
3）船后实桨的设计应考虑船（船体）、机（主机）、桨（船后实桨）三者是一个整体，它们之间的了解：
A、船体与船后实桨的了解：船身效率；
B、主机与船后实桨的了解：传送效率。

通过上述关系，敞桨模的性征曲线组可用于主机带动的船后实桨的设计。

课外思考题：
在螺旋桨强度的规范校核法和螺距修正等计算中，常需计算螺旋桨叶切面厚度和切面弦长等。

已知某系列标准桨AU5－50 的直径D＝5.6m，试用有关图表求出下列数据：
1）0.6R处的切面弦长b0.6R ；
解：查课本表8－4，得
b0.6R＝0.9911 b max＝0.9911×0.226D·a E /0.1Z
＝0.9911×0.226×5.6×0.5 / (0.1×5)
＝1.254 m
2）0.7R处的叶切面厚度t0.7R 。

解：查课本表8－4，得
t0.7R＝1.71%·D＝1.71% ×5.6
＝0.09576 m
P150 T7－3：简述船舶阻力的分类。

答：
1、在船舶工程中，船舶的雷诺数R e =νVL
，式中：1）
“L ”指船的水线长，单位为米（m ）；2）“ν”指水的运动粘性系数，单位为m 2/s 。

2、在船舶工程中，船舶的F r =gL V
称为傅汝德数，式中：1）
“L ”指船的水线长，单位为米（m ）；2）“V ”指船的速度，单位为m/s 。

3、在船舶工程中，船的速度常用节（kn ）来表示，1kn=0.5144m/s 。

若某船的速度为20kn ，相当于10.288 m/s 。

4、船体阻力是船舶阻力的主要组成部分。

根据船体周围水的流动现象，船体阻力一般分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力。

对于低速船，船体阻力中摩擦阻力是主要的。

5、船舶按傅汝德数大小可为低速船、中速船和高速船。

一般说来，低速船在船体阻力成分中，粘压阻力和兴波阻力占的比例很小。

6、在避免或延缓空泡发生的措施中，增加螺旋桨的盘面比可减小减压系数，而降低螺旋桨的转速可增大空泡数。

7、螺旋桨产生空泡现象的条件为ξσ≥，其中：ξ称为减压系数，σ称为空泡数。

8、目前世界上比较著名的螺旋桨系列有荷兰的B 型、日本的AU 型和英国的高恩型等，各系列均有一定的系列代号，如“B4－70”，其中： “4”指螺旋桨的桨叶数为4，“70”指螺旋桨的盘面比为0.70。

9、目前世界上比较著名的螺旋桨系列有荷兰的B 型、日本的AU 型和英国的高恩型等，各系列均有一定的系列代号，如“AU5－50”，其中： “5”指螺旋桨的桨叶数为5，“50”指螺旋桨的盘面比为0.50。

（×）1、对于某些阻力性能优良的船型，当不发生边界层分离现象（不发生旋涡现象）时，粘压阻力可能不存在。

（×）2、船舶在风浪中航行时，由于风浪作用使其阻力较静水中航行时大，此时船舶所受到的水阻力称为汹涛阻力。

（√）3、三因次法计算船体阻力时，把船体阻力分为粘性阻力和兴波阻力两部分：且认为兴波阻力由船模的兴波阻力用比较定率换算得出。

（×）4、螺旋桨旋转一周轴向前进的距离称为螺旋桨的螺距P 。

（√）5、船身效率
H
η
表示伴流与推力减额的合并作用，反映了船桨的相互影响。

（√）6、对于一般的民用船舶，球鼻首的主要作用是为了减小船舶的兴波阻力。

（×）7、船舶在有风的航区中航行，由于风的作用兴起波浪，波浪会改变船舶首尾的
压力分布，使首部压力大于尾部压力，则船舶受到一个阻碍运动的阻力作用，此阻力成分一般称为兴波阻力。

（√）8、傅汝德法计算船体阻力时，把船体阻力分为两个独立部分：剩余阻力和摩擦阻力。

其中实船的剩余阻力由船模剩余阻力用比较定率换算得出，而实船的摩擦阻力则根据“相当平板”理论计算得出。

（×）9、螺旋桨之所以称为螺旋桨是因为桨的叶背为螺旋面的一部分。

（√）10、由于螺旋桨和船体间的相互作用，一般认为螺旋桨的进速不等于船速，螺旋桨发生的总推力不等于孤立船体受到的阻力。

（C ）1、球鼻球的主要作用降低船的：
A 、摩擦阻力
B 、粘压阻力
C 、兴波阻力
D 、附加阻力
（C ）2、螺旋桨工作时使水产生的运动速度增量称为：
A 、伴流速度
B 、进速
C 、诱导速度
D 、来流速度
（A ）3、引起船舶受到摩擦阻力作用的根本原因是：
A 、水的粘性
B 、波浪的大小
C 、水下船体形状
D 、船速
（C ）4、螺旋桨旋转一周轴向前进的距离称为：
A 、螺距
B 、滑脱
C 、进程
D 、拱度
1、形似船、母型船和“标准船型”的含义分别什么？
答：A 、形似船：仅大小不同，而形状完全相似（即几何相似）的船舶之间的统称。

如实船（s ）和它的船模（m ）即为形似船。

B 、母型船：与设计船船型相近、尺度和航速差不多、性能优良的船舶。

C 、具有如下四个标准参数的船型称为设计船的“标准船型”：标准方形系数、标
准宽度吃水比、标准浮心纵向位置和标准水线长。

2、什么是螺旋桨的水动力性能？
答：一定形状的螺旋桨在水中工作时所产生的推力、消耗的转矩和效率与其运动
间的关系。

3、螺旋桨的敞水性征曲线
答：对于一定几何形状的螺旋桨而言，推力系数、转矩系数和效率与进速系数的关
系曲线。

4、浅吃水船常采用隧道尾。

试用理想推进器理论分析得出为什么隧道尾能提高螺旋桨的效率？
答：A 、隧道尾能使船舶采用较大直径D 的螺旋桨； （1分）
B 、理想推进器的效率
η
ia
＝
σT
++112 （2分）
σ
T
＝V A T a
i 20
2
1
ρ （1分）
D ↑→A 0↑→
σ
T
↓→
η
ia
↑。

（2分）
5、拖网渔船和拖船等常采用设计纵倾（船体龙骨线与船体基线不重合，使船体尾吃水大于首吃水的现象称为设计纵倾）。

试用理想推进器理论分析得出为什么设计纵倾能提高螺旋桨的效率？
答：A 、设计纵倾能使船舶采用较大直径D 的螺旋桨； （1分）
B 、理想推进器的效率
η
ia
＝
σT
++112 （2分）
σ
T
＝
V A T a
i 20
2
1
ρ （1分）
D ↑→A 0↑→
σ
T
↓→
η
ia
↑。

（2分）
友情提示：部分文档来自网络整理，供您参考！文档可复制、编制，期待您的好评与关注！。