舵设计计算书

3.舵的性能设计

设计船主尺度为Lbp=138.7m ， B=25.1m ，设计吃水d=6.2m ，Cb=0.7893;单螺旋桨直径D=4.10m,轴线离基线高2.35m ，桨推力387000N ，设计速度V=13Kn 。要求设计桨后的单舵，并计算舵机功率。

3.1.确定舵面积

按村桥-山田图谱决定舵面积比μ， 3.2B p C B d ==,20.09k d L ==, 从图中查得μ=0.0186,则舵面积为215.96R A m =，结合本船尾部线型，舵轴线自船体壳板到基线距离为5.68m,舵托高0.3m 左右，若舵下缘离基线0.37m,舵上缘离船体壳板0.26m,舵高h 可取 5.05m ，查询资料，取平衡比0.268e =则舵宽 3.16R b A h m ==,展弦比

1.60h b λ==，若再增大舵面积，势必增加b ，λ还要减小，是不利的。所以确定舵面积为15.96㎡。考虑到舵杆直径因素，采用NACA0018剖面。此时桨尾流内舵面积

112.956R A =㎡，即10.81R R A A η==。

平衡比e 的大致范围

方形系数CB

平衡比e 0.60.70.8

0.25—0.260.26—0.270.27—0.28

3.2．舵力及舵机功率计算 3.2.1.单独舵舵力

考虑到舵杆直径因素，采用NACA0018剖面。根据NACA0018试验资料使用普兰特（Prandtl ）公式换算：

2

1212122121212157.311116, 1.60,,,,Y

y y p p x x C y

C C C C C C C λλααπ

λλπλλ⎛⎫⎛⎫

=====+

•-=+

•- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

列表计算见表如：

α105101520253035CY

00.240.470.710.91.13 1.32 1.42CX1

00.010.040.130.30.460.73 1.01α105101520253035CX200.01940.0760.2120.40.67 1.02 1.34CN2

00.24060.4740.73911.31 1.661.949α2

07.007313.9320.942834.54146.88λ1=6的试验数据λ2=1.60的换算结果

连成曲线后，在图标从新上读取λ2=1.60的NACA0018的数据

α05101520253035CN 00.180.3480.5150.70.9 1.11 1.34CP 0.250.240.230.22

0.220.30.330.33

3.2.2船桨后舵力

船体伴流分数Wp 按下式计算：

1

10.680.250.18p B p h w C w W H ⎛

⎫

=-+∆+⨯ ⎪⎝

⎭

（1） 式中：B C 为船的方形系数；

p w ∆的取值为当船尾为方尾时取0，巡洋舰尾取0.18

W 的取值，舵布置在中纵剖面上时取1.0，舵布置在中纵剖面两侧取0.15B C +. 这里取p w ∆=0.18，1h =0.26m, 5.050.26 5.31H m =+=，W=1.0，代入式（1）计算得

1p w =0.476

当船体与舵上缘的间隙大于舵的最大厚度时，按下式计算：

12220.680.430.18p B p h h w C w W H +⎛

⎫=-+∆+⨯ ⎪⎝⎭ （2）

取p w ∆=0.18，1h =0.26m ，2 5.05h h m ==，H=5.68m ，W=1.0时，代入式（2）计算得2p w =0.463

因舵上缘到船体之间的间隙为0.26m,远小于舵叶最大厚度，0.260.18 3.160.5688⨯=，

故取p w =1p w =0.476。按式21(1)p k w =-计算得1k =0.2745。

桨推力系数

22222

188387000

4.64104.69.80.2745130.5147 4.10P P k V D σρππ⨯=

==⨯⨯⨯⨯⨯⨯

按式：12110.81 4.64 4.7584R P

R A k A σ=+=+⨯=，无舵柱，31k =；所以21231

2

R V A k k k ρ= 478364.6N 。

舵法向力

478364.6N N P C = ()N

舵杆扭矩

()()()1511.632r N P N P N P M P x a P b C e C C e =-=-=- ()KN m • 3.2.3舵机功率计算 （1）正车时舵杆扭矩的计算

出于安全的角度考虑，不计入船桨对来流速度及有效攻角的影响，计算列表如下：

表 正航舵杆扭矩计算值

α=δ/(°)

5101520253035CN 0.180.3480.5150.70.9 1.11 1.34PN/KN 86105.63166470.9246357.8334855.2430528.1530984.7641008.6CP-e

-0.018-0.028-0.038-0.0480.0320.0620.062Mr/(KN·m)-4.89769-14.7293-29.5826-50.790843.535104.0305125.5864

CP

0.250.240.230.220.30.330.33

（2）倒航时舵杆扭矩的计算

对于椭圆尾和巡洋舰尾，倒航时的速度取正航时0.6,130.51740.6 4.06V m =⨯⨯=，有关系数及数据为：

21k = 31k = 0.476

0.1593

3

p pb w w =

=

= 10.7073k = 0.75B N N C C = 21231

95371.012

R V A k k k ρ= （N ） 95.37101B B N N P C =• (KN) (1)301.3724(1)B B B r N P N P M P C e b C C e =+-=+- ()KN m •

列表计算得：