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
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 CB = 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：
PD = R s S P ηη9.0=0.9×5400×0.98×1.0=4762.8hp
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
42.337 35.177 29.604 25.193 Bp
6.507
5.931 5.441
5.019 MAU 4-40
δ
76 70 64 61 P/D 0.62 0.65 0.69 0.71 ηO 0.56 0.583 0.605 0.625 P TE =P D ·ηH ·ηO
hp 2874.41
2992.46
3105.39
3208.04
MAU 4-55
δ
74 68 63 60 P/D 0.7 0.72 0.74 0.76 ηO 0.541 0.568 0.59 0.61 P TE =P D ·ηH ·ηO
hp 2776.88
2915.47
3028.39
3131.05
MAU 4-70
δ
74 67 62 59 P/D 0.71 0.73 0.76 0.78 ηO
0.521 0.546 0.57 0.588 P TE =P D ·ηH ·ηO
hp
2674.23
2802.55
2925.74
3018.13
据上表的计算结果可绘制PT E 、δ、P/D 及ηO 对V 的曲线，如图1所示。

（见所附坐标纸）
从PTE —f(V)曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D 、D 及ηO 如下表所列。

5.空泡校核
按柏利尔空泡限界线中商船上限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。

桨轴沉深 hf =T －Zp=7.2－3.00=4.2m
p 0－p v = pa + γhs －pv = 10300+1025×4.2-174
MAU Vmax P/D δ D
ηO
4-40 15.1 0.69 63.5
4.19 0.61 4-55 1
5.0 0.74 63 4.13 0.59 4-70
14.8 0.755
62.5
4.04
0.56
= 14461kgf/m 2
计算温度t = 15°C ,Pv = 174kgf/ m 2 , PD = 4762.8hp, ρ= 104.63kgfs 2/m 4
序号 项目 单位
数值
MAU4-40 MAU4-55
MAU4-70 1 Vmax Kn 15.1 15 14.8 2 VA=0.5144Vmax(1-w) m/s 5.6 5.56 5.49 3 (0.7πND/60)2 (m/s)2 641.43 623.19 596.33 4 V 20.7R=V 2A+32 (m/s)2 672.79 654.14
626.46 5 σ=(p 0- p v ) / 2
1
ρV 0.7R 2 0.41 0.42
0.44 6 Τc 0.165 0.167
0.173 7 T=PD ·ηO ·75/VA kgf 38908.12 37883.32 36442.96 8 A P =T /
2
1
ρV 0.7R 2·τ c m 2 6.70 6.63 6.43 9 A E =A P / (1.067-0.229P/D)
m 2 7.37 7.39 7.19 10
A E /A O =A E /4
1
πD 2
0.534
0.551
0.561
按上述结果作图2(见所附坐标纸),可求得不发生空泡的最小盘面比以及对应的最佳螺旋桨要素
AE / A O = 0.55 P/D= 0.74 D=4.13m ηo=0.59 Vmax= 15.0kn
6.强度校核
按1983年<<规范>>校核t0.25R 及t0.6r,应不小于按下式计算之值: t=
X
K Y
-, ZbN N A Y e 1=, X=A 2GA d N 2D 3/1010Zb
计算功率Ne=5400×0.98=5292hp
AD = AE / A O =0.55 , P/D= 0.74 , ︒=8ε，G=7.6gf/cm 3 ,N=165rpm
b0.66R =0.226D ·AE / A O/0.1Z=0.226×4.13×0.55÷0.4=1.2834m b0.25R=0.7212b0.66R = 0.9256
b0.6R =0.9911b0.66R = 1.2720
项 目 单 位 数 值
0.25R 0.6R 弦长b m 0.9256 1.272 K 1 634 207 K 2 250 151 K 3 1410 635 K 4
4 34 A 1=D/P(K 1-K 2D/P 0.7)+K 3D/P 0.7-K 4
2301.62 828.09 Y=A 1N e /ZbN
19938.25 5219.94 K 5 82 23 K 6 34 12 K 7 41 65 K 8
380 330 A 2=D/P(K 5+K 6ε)+K 7ε+K 8 1186.38 1010.81 材料系数K （铝镍合金）
1.179 1.179
X=A 2GA d N 2D 3/1010Zb
0.257 0.159
)(X K Y t -=
mm 147.05 71.55 MAU 标准桨叶厚度t ′
mm 158 90 校核结果
满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
160
92
实取桨叶厚度按t1.0R=0.0035D=14.46mm 与t0.25R=160mm 连直线决定:
t0.2R = 169.7mm t0.3R =150.3mm t0.4R = 130.9mm t0.5R =111.5mm t0.6R = 92.1mm t0.7R = 72.7mm t0.8R = 53.3mm t0.9R = 33.9mm
7.螺距修正
根据尾轴直径大小，决定毂径比dh/D=0.18，此值与MAU 桨标准毂径比相同，故对此项螺距无需修正。

由于实际桨叶厚度大于MAU 桨标准厚度，故需因厚度差异进行螺距修正。

设计桨 )(b
t
0.7R =0.0727/(0.9964×1.2834)=0.05685
标准桨 )(b
t
0.7R = 0.0171×4.13/(0.9964×0.31075×4.13)=0.05522
1－s = NP V A =NP V 866
.30)-1(⨯ω=0.721×15×30.866/165/3.0526=0.6628
△)(b t 0.7R =〔)(b t 0.7R 设－)(b t 0.7R 标×51.055.0〕×0.75=-0.0000055
△)(D P t =－2)(D P 0(1－s) △)(b t
0.7R =-2×0.74×0.6628×(-0.0000055)=0.000005395
修正后的螺距比： D P =)(D P 0＋△)(D P
t =0.74+0.000005395=0.74
8.重量及惯性矩计算
每叶片重量=（1/3×1.613952÷10×2.065+0.166×0.02×2.065）×7600=896.39kgf 4个叶片重量=4×896.39=3585.56kgf 桨毂重量=2835.8kgf
整个螺旋桨重量=3585.56+2835.8=6421.36kgf
每叶片体积惯性矩=1/3×2.065÷10×1.951+0.166×0.02×2.065×0.19×2.065×0.19×2.065=0.135m 5
每叶片质量惯性矩=7600/9.8×0.135=104.7kgf ·m ·s 2 4个叶片质量惯性矩=4×104.7=418.8 kgf ·m ·s 2 桨毂转动惯性矩=34.3 kgf ·m ·s 2
整个螺旋桨的惯性矩=418.8+34.3=453.1 kgf ·m ·s 2 =45310kgf ·cm ·s 2
9.敞水特性曲线
由于校核后所得盘面比AE / A O = 0.55，所以无需由MAU4-40,MAU4-55,P/D=0.74 的敞水特性曲线内插得到MAU4-55,P/D= 0.74 的敞水特性曲线，可以直接从课本附录中MAU4-55KT,KQ-J 图查得数据，其数据如下：
设计桨的敞水特性数据表
J 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 10KQ 0.37 0.34 0.32 0.28 0.25 0.21 0.16 0.12 KT 0.32 0.3 0.27 0.24 0.2 0.15 0.11 0.05
10.螺旋桨计算总结
螺旋桨直径 4.13m 螺距比 0.74 型式 MAU 叶数 Z=4 盘面比 0.55 纵倾角 ︒=8ε 螺旋桨效率 0.59 设计航速 15.0kn 毂径比 dh/D=0.18 旋向 右旋 材料 铝镍青铜 重量 6421.36kg
惯性矩 45310kgf ·cm ·s 2
（1） （2） （3）
（4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） r/R 面积系 数Ka 弦长╳最大 厚度 b ╳t
切面
面 积(m 2) S=Kab t
辛式
系数 SM (4)╳(5) r r 2 (6)╳(7) (6)╳(8)
0.2 0.674 0.854×0.1677 0.097 1 0.097 0.413 0.171 0.040 0.016 0.3 0.674 0.097×0.1483 0.099 4 0.396 0.620 0.384 0.247 0.153 0.4 0.674 1.118×0.1289 0.097 2 0.194 0.826 0.682 0.160 0.133 0.5 0.6745 1.21×0.1094 0.089 4 0.356 1.032 1.066 0.368 0.381 0.6 0.6745 1.271×0.09 0.077 2 0.154 1.239 1.535 0.191 0.237 0.7 0.677 1.279×0.071 0.061 4 0.244 1.446 2.089 0.355 0.514 0.8 0.683 1.193×0.051 0.042 2 0.084 1.652 2.729 0.137 0.227 0.9 0.695 0.945×0.032 0.021 4 0.082 1.859 3.454 0.156 0.290 1 0.7 0×0.0124 0 1 0 2.065 4.264 0 0
∑(6)= 1.614
∑(9)= 1.656 ∑(10)=
1.951。