导管螺旋桨设计及应用分析

基金项目：2014年浙江省教育厅一般科研项目《远洋金枪鱼钓船船型优化研究》（项目编号：Y201432226）。作者简介：李云(1983-)，女，湖北孝感人，浙江国际海运职业技术学院船舶工程学院讲师。

1 概述

导管螺旋桨，是由螺旋桨和导管共同构成的推进器组合体。导管是安装在螺旋桨外围的一个机翼型截面的圆形套筒，它能够改善重荷螺旋桨的效率，具有效率高、推力大、不容易被外物碰坏和改善船舶在风浪中稳定性等优点，其不足之处是容易使水草等杂物卷入导管，发生卡桨现象，另装导管螺旋桨的船舶回转性能和倒车性能都相应较差。[1]

导管螺旋桨在螺旋桨负荷较重的船舶上广泛应用，如拖船、拖网渔船、顶推船、大型油船等。该类船螺旋桨负荷较大，致使桨叶面和叶背之间的压力差增大，造成绕流和尾流的急剧收缩，影响推进效率。[2]采用导管可减小此两项损失，

显著提高其效率。一般情况下，功率系数Bp>40的船舶采用导管螺旋桨收益较大。2 设计方法

由于导管螺旋桨自身的特点，其设计方法与普通螺旋桨不尽相同，现行使用的螺旋桨设计程序，并不能包罗万象，还另有需要注意的一些方面未曾考虑，此时仍需要手工设计，一般应用图谱设计法进行导管螺旋桨设计。

19A+Ka 系列图谱是导管螺旋桨较常使用的设计图谱之一。此图谱是荷兰船模试验池根据一种叫做19A 型导管模型配合Ka 系列螺旋桨模型做敞水试验得到的，与B 型螺旋桨设计图谱相同，也是采用BP-δ形式。盘面比有三叶桨的0.65、

四叶桨的0.55和0.70以及五叶桨的0.75等四种。

[3]

导管螺旋桨设计及应用分析

李　云1　陈倩清1 董明海1　徐应芬2

（1. 浙江国际海运职业技术学院，浙江舟山 316021；2. 浙江欣海船舶设计研究院，浙江舟山 316100）

摘　要：简单分析导管螺旋桨的特点及其设计方法，以某海洋拖网渔船为例，运用图谱设计方法，简述了导管螺旋桨的设计流程以及注意事项，为同类船舶的螺旋桨设计提供参考。

关键词：导管螺旋桨；拖网渔船；图谱设计中图分类号：U674 文献标识码：A

Analysis of Ducted Propeller Design and Application

Li Yun1,Chen Qianqing 1, Dong Minghai 1, Xu Yingfen 2

(1. Zhejiang International Marine College, Zhoushan 316021, China；

2.Zhejiang Xinhai Ship Design and Research Institute Co.Ltd, Zhoushan 316000, China)

Abstract: This paper analyses the characteristics and design methods of the duct propeller simply. A sea trawler is taken as the study object by diagram design methods to study the design processes of ducted propeller, which can provide a reference for similar ship propeller design.

Key words: ducted propellert; trawler; diagram design

3 设计应用分析

采用某海洋拖网渔船为例，分析手工使用图谱设计导管螺旋桨的步骤（拖网渔船的功率系数一般都不小于60即Bp>60）。该船船长L=42.80m，排水体积▽=529.3m3，排水量△=546.2t，方形系数C B=0.5617，菱形系数CP=0.6464，螺旋桨数目Z=1，主机持续功率P B=735kw，螺旋桨转速N=139.7 r/min，轴系传递效率ηp=0.90。

3.1 收到功率计算

为适应图谱使用，以下功率单位分别用公制马力ps及英制马力hp进行表述。

主机持续功率： P B= 735kw=1000 ps

螺旋桨收到功率： P D=ηp P B =900 ps（考虑功率储备及传递效率后）

计算使用功率： P= PD=878.05 hp

=29.63

3.2 确定伴流分数、推力减额分数及船身效率

（1）伴流分数

按泰勒公式：w= 0.5C B-0.05=0.231（普通桨）

w1=0.7w=0.162 （导管桨）

（2）推力减额分数

按商赫公式：t=0.7w=0.162 （普通桨）

t1=0.6t=0.097 （导管桨）

（3）船身效率：ηs = 1.0847

（4）相对旋转效率：ηx= 1.0

3.3设计工况确定

本船的特点是拖网作业时间多，约占70%，自由航行时间少，约占30%。拖力虽是主要争取的指标，但转换渔场时，速度也至关重要，故采用折中航速进行螺旋桨设计。现按折中航速V S=10kn 进行设计。

3.4 螺旋桨要素确定

按最佳效率确定螺旋桨要素，如下表所示：

折中设计航速V S（kn）10

进速V j=V S(1-w1) （kn）8.38

功率系数B P=20.36

螺旋桨叶面比A E/A00.550.70

直径系数δ （查图谱）148150敞水效率η0（%）（查图谱）60.360.5螺距比P/D （查图谱） 1.27 1.24

桨径D=δV j /(3.281N) (m) 2.70 2.74

简易空泡校核所需叶面比*

A E/A0=P D /(42nD3)

0.450.47

实际选用桨的叶面比AE/A0=0.70

*导管螺旋桨的空泡校核，可近似按A E/A0≥PD /(42nD3)决定螺旋桨的叶面比，其中n为螺旋桨转速(r/s)。

3.5 最大自由航速的确定

（1）有效功率P E估算(采用日本渔船阻力图谱)

75

76γ海水P

1- t1

1-w1

5.2

j V

P N

Fr0.240.260.280.300.320.34

E00.04020.05820.08750.13510.1860.236 P E=E0△(L)1/2143.635 207.949 312.638 482.712 664.578 843.228 V=Fr(gL)1/2/0.51459.549 10.344 11.140 11.936 12.732 13.527 其中： ▽/（L/10）3=6.751； △(L)1/2=3573

（2）有效推功率PT计算

序号 假定航速V S（kn）910111213 1V j=0.5145(1-w1)Vs (m/s) 3.880 4.312 4.743 5.174 5.605 2J=60V j/(ND)0.6080.6760.7430.8110.879 3K T (按P/D和J查Ka4-70敞水特性图得出)0.3760.3310.2810.2370.170 4K Tn (按P/D和J查Ka4-70敞水特性图得出)0.0770.0610.0340.010-0.025 5K T0=K T-0.2K Tn0.3610.3190.2740.2350.175 6有效推力Te=ZK T0ρD4n2(1-t1)10413.239206.157918.216786.215053.56 7有效推功率P T= V S Te/145.8 (ps)642.91631.54597.51558.64450.68