中国造船工业现状

面元法预报压力分布
HD&MAU
HD型螺旋桨叶切 面的压力分布比常 规MAU桨均匀
Cp
Cp
Cp
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2
0 0.2 0.4 0.6
-0.3 -0.2 -0.1
0 0.1 0.2 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05
0 0.05 0.10
叶切面 HD
r/R=0.3HD
功率系数：δ = 0.09
理论预报水动力性能
HD&MAU
升力面理论
面元法
升力面理论预报结果
敞水性能
理论计N算P71与H试D 验
计算值 试验值
Kt 10Kq ηo
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
J=0.3-0.55 相对误差 Kt 9.7-27.5% Kq 12.6-24.4% ηo <5%
11万吨
9艘
0.392 2艘
散货船
油轮
8艘
集装箱船
计划承接的船舶（2004年）
87.2万吨
3.6亿美元
30万吨
5.1亿美元
10艘 油轮
3艘 LNG船
中国沪东型船舶的特征
灵便型船舶 船长宽比 5.642 船宽吃水比 2.580 方型系数 0.820
巴拿马型船舶 船长宽比 6.7 船宽吃水比 2.3 方型系数 0.85
HD4-40/4-45/4-55螺旋桨图谱
HD型螺旋桨的轮廓及叶切面
r/R=1.0 r/R=0.95 r/R=0.9
r/R=0.8
r/R=0.7
r/R=0.6
r/R=0.5
r/R=0.4
r/R=0.3 r/R=0.25 r/R=0.2
侧视图 SIDE VIEW
正视图 PROJECTED
伸张轮廓图 EXPANDED OUTLINE
00
Ae/Ao=0.55
η η
η η
η η
η η
0.9
KqP=1.1
KqP=1.050.8
0.7
KqP=1.2
0.9
KqP=1.1
Ae/Ao=0.45
oP=0.9
oP=1.1 oP=1.05
Ae/Ao=0.40
oP=1.2 oP=1.1
η η η
Kt, 10Kq, η o Kt, 10Kq, η o
HD型螺旋桨设计1பைடு நூலகம்
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
51000BULKCARRIER
面元法 试验值
ηo
Kt
10Kq
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
5万吨级 灵便型BC
HD型螺旋桨设计2
5万吨级 灵便型BC
HD型螺旋桨设计3
5万吨级 灵便型BC
η η
η η
KqP=0.9
0.6
0.8
KqP=1.0
oP=0.8
oP=1.0
KqP=0.8
0.7
oP=1.0
0.5
KqP=0.7
0.4
KqP=0.6
KqP=0.5 0.3
KqP=0.4
0.2
KqP=0.9
oP=0.7
KtP=1.1
KtP=1.05 0.6
KqP=1.0
η
KqP=0.8
KtP=1.2oP=0.6
巴拿马油轮 1996-2004
10 20000
8 5 10 60.0
1993年沪东（HD）螺旋桨用于第三艘2700 吨运木/散货船
原桨由日本进口
六次试航效果不理想
发现螺旋桨太重
割桨 2次 方法 随边切割量为 约弦长的2%
修改螺旋桨，进行敞 水和自航试验，效果 良好
共装船17只
1995年沪东（HD）螺旋桨用于第一艘 74500巴拿马型散货船
效率高
HD&MAU 敞水性能
敞水试验结果
NP71 P70
ηo
Kt 10Kq ηo
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Kt 低 8% Kq 低 10% ηo高 3.2%
0.1 0.2
10Kq
Kt
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
J
空泡观察与脉动压力测试
HD型螺旋桨
KtP=0.7
1.2
1.3 1.4
oP=0.55
J
00
KtP=0.6
0.1 0.2
0.3 0.4 0.1
0.5
0.6
0.7 Kt0P=.08.55 0.9 1o.0P=0.5 1.1 1.2
1.3
1.4
J
KtP=0.5
00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1
三次试航 螺旋桨重 切割方法 随边切割 量为约弦长的1% 修改螺旋桨，进行敞 水和自航试验
共装船18只
1999年沪东（HD）螺旋桨用于第一艘 71000巴拿马型油船
一次试航成功
共装船2只
71000吨油轮性能研究
球艏研究结果
Pe kw 8000
方案I 方案II
有效马力
7000
T=14 m
6000
oP=0.7
oP=0.6
KtP=1.0 KtP=0.9
oP=0.9 oP=0.8
oP=0.9 oP=0.8
oP=0.7 oP=0.6
η η η
η η
0.1 0.20.1 0.3 0.4
0.5 0.6 0.2
Kt0P.=7KK0qq.PP5==00..065.58
KqP=0.5
oP=0.5
0.9
1.0KtP=0.18.1
HD型螺旋桨设计4
Kt 10Kq ηo
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
72000PRODUCT OIL TANKER
面元法 试验值
ηo
Kt
10Kq
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
J
72000吨成品油轮
0.1 0.2
HD型螺旋桨设计5 沪东型巴拿马型油船系列研究
7.5万吨级
中国沪东型油轮系列
4万吨级
7万吨级
16万吨级 11万吨级
中国沪东型集装箱船系列
7000箱级
2000箱级
3000箱级
4000箱级
5000箱级
LNG船(球罐型)开发和研制
LNG船(薄膜型)开发和研制
液货舱
手持订单（2004年1月）
64.8万吨
48万吨
3.06亿美元 3.976亿美元
72000
90年代
68000
80年代
63000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
沪东型油轮的航速
15.4
15.25
15.2
15.0 kn kn
15
14.8
14.6 14.5 kn
14.4
14.2
14
80年代
90年代
21世纪
沪东型系列船舶的船价
3500 3000 2500 2000 1500 1000
0 0.05 0.10 100
叶切面 MAU
r/R=0.3
20
40 s/c 60
80
100
叶切面 MAU
r/R=0.7
20
40
60
s/c
80
100
叶切面 MAU
r/R=0.9
20
40 s/c 60
80
100
HD型螺旋桨的面元分布和尾涡
HD&MAU螺旋桨的叶切面形状
HD
MAU
110.
60.
10.
-40. 0
6000
吃水：T=14m
V (MAU) = 14.65 kn
5000
V (HD) = 14.82 kn
功率系数：δ = 0.17
4000
13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 吃Vs 水kn：T=12.5 m
V (MAU) = 14.97 kn
V (HD) = 15.06 kn
14.5kn
航速提高 0.59节
HD型螺旋桨系列研究
以实桨为母型桨 保持几何桨叶的形状不变
变化螺距比
内
面元法
容
计算不同盘面比的螺旋桨
提
敞水特性曲线
要
螺旋桨的桨叶轮廓尺寸
螺旋桨的叶切面尺寸
螺旋桨设计图谱
HD4-40/4-45/4-55螺旋桨图谱
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
5000
4000
3000
2000 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 V kn
方案I的 阻力较方 案II
小约2%
0.7 0.6
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0°
1.15R 1.0R 0.9R
0.7R 0.7
0.4R
0.8
肥大型船舶
平行舯体长艏艉部去流段短
操纵性较差，尤其是航行稳定性
主尺度变动不大，主机缸数减少载重量 和航速不断提高
沪东型散货船的载重量
2000年
76000
90年代
74500
80年代
0
70000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
沪东型油轮的载重量
2001年
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
y/x
Yp
Ys
前缘高度 后缘翘度 压力沿叶背分布
HD 较低 有 较均匀
MAU 较高 无 较不均匀
HD 型螺旋桨
效率高 2-3% 重量轻 3% 桨叶剖面压力分布均匀 振动、噪音小 空泡性能良好
71000吨油轮航行实验结果
100.5 rpm
航速
实船航速：15.09 kn 预报航速：15.06 kn
沪东中华造船厂概况及其在 螺旋桨方面的研究
12万吨船台、浮船坞各一座，7万吨级 船台一座，2万吨级以下船台3座,100 吨级以上高吊8座。
600吨龙门吊 二座；船坞长 360m宽92m深 12m。
设计能力
营销策略
品牌
质量
速度
企业品牌
中国沪东型
中国沪东型散货船系列
17万吨级
3万吨级
5万吨级
20
40 s/c 60
80
叶切面 HD
r/R=0.7
20
40
60
80
s/c
叶切面 HD
r/R=0.9
20
40 s/c 60
80
Cp
Cp
Cp
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2
0 0.2 0.4 0.66 100
-0.3 -0.2 -0.1
0 0.1 0.2 100 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05
η η
KtP=0.9 KtP=0.8 KqP=0.7 KtP=0.7
KqP=K0t.P6=0.6
0.5
KtP=K1q.P1=0.9
oP=K0t.P5=1.0
KtP=0.9
KqP=0.8
0.4 KtP=0.8
KtP=0.5 oP=0.4
KqP=0.5
KtP=K0q.P7=0.7
KtP=0.4
0.3
KtP=0.6
不均匀流场 满载、压载 无面空泡 脉动压力满足 船级社衡准条 件
HD&MAU
船机桨匹配航速预报
Pd kw 10000
MAU HD
9000
(10200x0.9x0.9822)/1.1=8197kw
满载
8000
超载
7000
Vs=14.65 kn Vs=14.82 kn Vs=14.97 kn Vs=15.06 kn
转速
实际转速：100.5 rpm 额定转速：101.4 rpm
RPM
110
100
90
80
BPW(KW)
10000
9000
9180/1.1=8345 kw
8000
7000
15.09 kn
6000
5000
HD型桨与船机匹配 4000
12
13
14
15
16
V
收 71000吨油轮优化结果
到 功 率 低 11.2%
预报结果不理想
0.1 0.2
ηo
10Kq Kt 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
J
面元法理论
内 容 提 要
a.基于扰动速度势的基本公式 b.双曲面形状的面元法
c.满足更趋合理的压力库塔条件
z
d.坐标系
r
x
o
y x
e.影响函数的数值计算公式 f.物面速度的确定 g.数值计算结果讨论
球艏
球艉 节能装置（舵球等） 高效螺旋桨
螺旋桨成本分析
船型 建造年代
灵便型散货船 巴拿马散货船
1995-1997
1996-2001
船舶数量 艘 螺旋桨重量 公斤 进口桨单价 美元 国产桨单价 美元 国产桨数量 只 成本降低 万美元
19 15000 13**
6 17 178.5
22 21000
8* 5 18 113.4
500 0
3000万美元
80年代
2750万美元
2000万美元
90年代
21世纪
提高中国沪东型船舶市场竞争力的主要途径
改善船舶的总体性能
降低船舶的建造成本
航速 油耗 载重量 低设计成本 低采购成本 低制造成本 低营运及维修成本
总体性能的对策
总体性能优化
船型主尺度优化 综合节能研究
优化船体结构 控制空船重量
依托工程71000吨原油船
71800吨
原油轮 (槽形舱壁)
72000吨
原油轮 (平面舱壁)
72000吨
成品油轮 (一舱一泵）
72000吨
成品油轮 (槽形舱壁)
9艘
HD型螺旋桨设计6
正在设计螺旋桨
0.5
0.4
0.3 0.2
0.1
180°
球艉研究结果
50°
0.1
90°
满足BSRA单桨 船 衡准标准
伴流均匀
伴流梯度减小
艉型设计合理
沪东（HD）型螺旋桨研究
敞水性能
空泡与 脉动压力
船机桨匹配
MAU&HD
HD螺旋桨
理论预报 水动力性能
沪东（HD）型螺旋桨特征
中等侧斜
非线性变螺距
盘面比小
新型剖面
HD螺旋桨
面元法预报敞水性能
HD桨
理论N计P7算1 与HD试验
计算值 试验值
Kt 10Kq ηo
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
J=0.3-0.55 相对误差 Kt 4.86-5.33%
Kq 4.68-2.1% ηo 0.35-2.78%
预报结果与试验 结果吻合良好
0.1 0.2
ηo
10Kq Kt 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9