本科船舶原理思考题(答案)
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1、桨的伴流分数 和推力减额分数t；
2、船的有效马力PE和螺旋桨的推马力PT；
3、螺旋桨的敞水收到马力PD0。
解：1、求敞水桨消耗的转矩Q0
Q0＝ QB＝
2、求敞水桨的转矩系数KQ
KQ＝ ＝ ＝0.030
* Q即为Q0
3、求进速系数J
由KQ=0.06－0.05J，得J＝（0.06－KQ）/0.05
＝（0.06－0.030）/0.05＝0.60
解：查课本表8－4，得
b0.6R＝0.9911 bmax＝0.9911×0.226D·aE/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
解：1、求转矩系数
1）敞水螺旋桨收到马力
2）敞水螺旋桨消耗的转矩
→
3）转矩系数
注：式中 即为 。
2、求推力系数
1）求推力T
→
2）推力系数
3、求敞水效率
方法一、
方法二、
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：
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 ，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
2）计算J和
3）按算出的J和 值查B4－55性征曲线图得
4）求螺旋桨收到功率
5）求主机功率
例2：已知某单桨船，航速V＝14.85kn，有效功率 ，螺旋桨直径D＝2.6m，转速N＝200r/min，推力减额分数t=0.118，伴流分数 ，相对旋转效率 ，传送效率 ，求B4－55系列的螺旋桨所需主机功率。
2、实船湿面积 。
3、实船航速 。
4、实船总阻力 （用傅汝德法）：
1）计算雷诺数
取标准水温 ，假定实船航行水域为淡水。
2）计算摩擦阻力
A、实船
B、船模
3）计算剩余阻力
A、船模
B、实船
4）实船总总船体阻力
5、实船有效功率
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QB＝2998.8N m，该桨敞水性征曲线为KT=0.5－0.5J；KQ=0.06－0.05J。若相对旋转效率 ，水密度 ＝1000kg/m3，试求：
1957ITTC公式：
粗糙补贴：
海水： ；
淡水： ；
T7－7：已知尺度比 ，船模长 ，湿面积 ，在试验池中速度为 ，测得总阻力为 ，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 ；5、此航速下实船所需的有效功率。
解：
1、实船船长 。
10、求推马力PT
PT＝ ＝ ＝163.3 hp
11、求敞水效率
＝ ＝ ＝0.637
12、螺旋桨的敞水收到马力PD0
PD0＝ ＝ ＝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 ，轴系传送效率 。试求系泊时螺旋桨的有效推力 及主机发出的功率 。
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。
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 ＝9米，湿表面积 ＝10平方米，在船池中进行试验，测得其在 ＝1.5米每秒时总阻力 ＝4.6公斤。已知船模摩擦阻力 ＝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 。
答：1、理想推进器效率公式：
A、 其中 式1
B、 式2
2、由式1可得措施一：增大螺旋桨直径D
D↑→A0↑→ ↓→ ↑
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→A1↑→ ↑
例如：导管螺旋桨。
P195 T8－6：已知螺旋桨直径 ，船后桨收到功率 ，推进功率 ，转速 ，进速 。求桨的转矩系数、推力系数及敞水效率。取相对旋转效率 。
B、主机与船后实桨的联系：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；
4、求进速VA
由J＝VA/nD，得VA＝JnD＝ m/s
5、求伴流分数
＝1－ ＝1－6.0/7.5=0.2
6、求推力系数KT
KT=0.5－0.5J＝0.5－
7、求推力T
T＝KT ＝0.2 1000 ＝20000 N
8、求推力减额分数t
t＝ ＝ =0.10036
9、求有效马力PE
PE＝RV/75＝ ＝183.6hp
解：
1）计算J和
2）由J和 值查图谱得
3）求主机功率
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 很大，致使叶背上的压力 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。
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）；
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ敞水实桨与船后实桨的联系（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，它们之间的联系：
A、船体与船后实桨的联系：船身效率；
2、船的有效马力PE和螺旋桨的推马力PT；
3、螺旋桨的敞水收到马力PD0。
解：1、求敞水桨消耗的转矩Q0
Q0＝ QB＝
2、求敞水桨的转矩系数KQ
KQ＝ ＝ ＝0.030
* Q即为Q0
3、求进速系数J
由KQ=0.06－0.05J，得J＝（0.06－KQ）/0.05
＝（0.06－0.030）/0.05＝0.60
解：查课本表8－4，得
b0.6R＝0.9911 bmax＝0.9911×0.226D·aE/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
解：1、求转矩系数
1）敞水螺旋桨收到马力
2）敞水螺旋桨消耗的转矩
→
3）转矩系数
注：式中 即为 。
2、求推力系数
1）求推力T
→
2）推力系数
3、求敞水效率
方法一、
方法二、
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：
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 ，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
2）计算J和
3）按算出的J和 值查B4－55性征曲线图得
4）求螺旋桨收到功率
5）求主机功率
例2：已知某单桨船，航速V＝14.85kn，有效功率 ，螺旋桨直径D＝2.6m，转速N＝200r/min，推力减额分数t=0.118，伴流分数 ，相对旋转效率 ，传送效率 ，求B4－55系列的螺旋桨所需主机功率。
2、实船湿面积 。
3、实船航速 。
4、实船总阻力 （用傅汝德法）：
1）计算雷诺数
取标准水温 ，假定实船航行水域为淡水。
2）计算摩擦阻力
A、实船
B、船模
3）计算剩余阻力
A、船模
B、实船
4）实船总总船体阻力
5、实船有效功率
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QB＝2998.8N m，该桨敞水性征曲线为KT=0.5－0.5J；KQ=0.06－0.05J。若相对旋转效率 ，水密度 ＝1000kg/m3，试求：
1957ITTC公式：
粗糙补贴：
海水： ；
淡水： ；
T7－7：已知尺度比 ，船模长 ，湿面积 ，在试验池中速度为 ，测得总阻力为 ，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 ；5、此航速下实船所需的有效功率。
解：
1、实船船长 。
10、求推马力PT
PT＝ ＝ ＝163.3 hp
11、求敞水效率
＝ ＝ ＝0.637
12、螺旋桨的敞水收到马力PD0
PD0＝ ＝ ＝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 ，轴系传送效率 。试求系泊时螺旋桨的有效推力 及主机发出的功率 。
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。
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 ＝9米，湿表面积 ＝10平方米，在船池中进行试验，测得其在 ＝1.5米每秒时总阻力 ＝4.6公斤。已知船模摩擦阻力 ＝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 。
答：1、理想推进器效率公式：
A、 其中 式1
B、 式2
2、由式1可得措施一：增大螺旋桨直径D
D↑→A0↑→ ↓→ ↑
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→A1↑→ ↑
例如：导管螺旋桨。
P195 T8－6：已知螺旋桨直径 ，船后桨收到功率 ，推进功率 ，转速 ，进速 。求桨的转矩系数、推力系数及敞水效率。取相对旋转效率 。
B、主机与船后实桨的联系：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；
4、求进速VA
由J＝VA/nD，得VA＝JnD＝ m/s
5、求伴流分数
＝1－ ＝1－6.0/7.5=0.2
6、求推力系数KT
KT=0.5－0.5J＝0.5－
7、求推力T
T＝KT ＝0.2 1000 ＝20000 N
8、求推力减额分数t
t＝ ＝ =0.10036
9、求有效马力PE
PE＝RV/75＝ ＝183.6hp
解：
1）计算J和
2）由J和 值查图谱得
3）求主机功率
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 很大，致使叶背上的压力 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。
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）；
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ敞水实桨与船后实桨的联系（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，它们之间的联系：
A、船体与船后实桨的联系：船身效率；