第8章_螺旋桨图谱设计

(1)
螺旋桨的初步设计问题
• ① 已知船速V，有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径D，
确定螺旋桨的最佳转速N，螺旋桨效率η0，螺距比P/D和主机 马力Ps。 • 首先需选定螺旋桨的型式，叶数和盘面比。例如选用MAU 型， 4 叶，盘面比为 0.55 的螺旋桨，则可决定所用的图谱为
MAU4-55的图谱。
•
螺旋桨的终结设计问题
已知主机马力 Ps、转速 N 和有效马力曲线，确
定所能达到的最高航速V及螺旋桨的尺度与效率。
对于这类设计问题，在选定螺旋桨型式、叶数和
盘面比 ( 例如 MAU4-55) 后，通常先假定若干个船
速进行计算。终结设计是经常遇到的设计问题。
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
MAU4-55
0 2.6
4.
3.3
0
5.00
40
0.30R
φ 13.40
10.04
10.04
φ 20.40
(a)
8.80 0.30 1.00R 0.95R 0.80R 0.70R 0.60R 0.50R 0.40R
MAU4-70
0 2.6
4. 4
3.3
2
5.00
0
0.30R 0.20R
φ 13.60
BP
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BP δ 图谱制作过程 （是敞水性征曲线的另一个表达形式）
① 给定螺距比P/D，变化J值
② 计算δ和
KQ、η0
BP
③ 绘图：横坐标为 BP ，纵坐标为螺距比P/D，，
通过上述计算的P/D值作一平行横坐标的水平线， 并在该线对应于每一值的点上标明相应的η0和δ 值，此线即能代表螺距比为P/D的螺旋桨水动力 特性。
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
一、AU型螺旋桨 设计图谱及其应用
1. B-δ型设计
K T , 10K Q
0.9 0.8 0.7 0.6
AU5-50 2 4 K T = T /ρ n D 2 5 K Q = Q/ ρnD η 0 = K TJ /2πK Q J = V A/nD
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一、螺旋桨的初步设计
•
对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设计出最合 适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力， 并据此订购主机。 选定桨的直径D
确定桨的最佳转速n、效率 η0、螺距比P/D、主机马力PS
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表8－１四叶模型螺旋桨要素表
MAU4-40 直径／m 0.250 MAU4-55 0.25 MAU4-70 0.25
毂径比 盘面比 最大叶宽比
平均叶宽比 叶厚比 后倾角/（°）
0.18 0.40 0.226
优点：方便可靠；
K J 型图谱
缺点：受图谱规定桨型的限制。
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• 环流理论设计法 --- 根据环流理论及叶切面试
验资料,对桨叶各半径处叶元体分别进行设计，得出 各叶元体最佳的组合（桨叶最高效率）。 优点：每个叶元体都是适合流场情况 （伴流不均匀、空泡现象） 叶元体的螺距不一定相同的，剖面形状也不 对称. 缺点：方法繁杂，加工工艺也较复杂。
13.40
14.80
φ 20.40
(b)
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3. 图谱的应用
• 在进行设计时，应先确定伴流分数ω、 推力减额分数t、相对旋转效率ηR及传送
效率 ηs。然后可应用图谱来解决螺旋桨
设计中不同类型的问题。
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0.192 0.050 10
0.18 0.55 0.311
0.263 0.050 10
0.18 0.70 0.398
0.050 10
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
图8-4 MAU4叶桨的轮廓形状
8.80 0.30
MAU4-40 1.00R 0.90R 0.70R 0.50R
船速 V 有效马力 PE 选定桨的转速n
确定桨的最佳直径D、效率 η0、螺距比P/D、主机马力PS
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二、终结设计
主机马力和转速决定后，求所能达到的最高航速及螺旋桨的尺度。 主机马力PS，转速n
有效马力曲线PE 确定所能达到的最高航速
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§8-１ 设计问题和设计方法
船舶线型初步设计完成
船体的有效 马力曲线
2 3V 3 C Pe
海军系数
船体的有效 马力曲线
设计一个 螺旋桨？ 达到预定航 速，消耗的 主机马力小 给定主机马 力，使船舶 能达到最高 航速
图谱的建立
KQ
0.5 0.4 0.3
KT
P/
D
=1
Байду номын сангаас.2
1.0
8 0.
1.0
0.8
1.2
0.8 0.7 0.6 0.4 0.3 0.5
P /D
0.6
=1
1.0
AU5-50螺旋 桨敞水性征 曲线组
=0
0.2 0 .4 0.1
.4
P /D
0.4
0.2 0.1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0
J
η
0.6
.2
0
0.8
0.6
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Q KQ ρ n2 D5
D VA / nJ
75 PD Q 2πn
B-δ推导 过程
75PD K Q ρ n (VA / nJ ) 2πn
2 5
2 πρ K Q 75J 5
2 3 4 5 6 7
螺旋桨直径 D(给定)
ηH VA
(已知)P
E
假定一组转速N 直径系数δ 查图谱，由δ等值线与最佳效率曲线 的交点得 P/D ; η0 B
P
N1
N2
N3
N4
8
9 10
PD
主机马力Ps 计算螺旋桨能克服的有效马力PTE
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
大连海事大学(Dalian Maritime University, DMU)
第8章 螺旋桨图谱设计
(Chapter 8 Propeller Design with Series Charts)
吴利红(Lihong Wu) 2010.5.26
轮机工程学院(Marine Engineering College, MEC)
例： 已知25000t装货船的主要数据为： 船长LPP = l72m，船宽B = 27.2m，吃水T = 9.8m。实船的有效马力如表9-11所示。估计 的伴流分数ω = 0.340，推力减额分数 t = 0.260，相对旋转效率ηR = 0.982。主机马力Ps =12000 hp，主机转速N = 118.5 rpm。
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
2．AU型螺旋桨型式
1、 AU型 螺旋桨的原型 2、 MAU型---改进AU型（见下页） 3、 AUw型 --- AU型桨叶切面的后缘具有一定 翘度(这对于改善桨叶根部叶间干扰有一 定效果)，在六叶上采用这种型式。 4、MAUw型
V，螺旋桨的直径D、螺距
比P/D及效率ηo
（1）新船采用现成的标准型号主机 （2）旧船调换螺旋桨等
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船用螺旋桨的设计方法
• 图谱设计法---根据螺旋桨模型敞水性
征系列试验绘制成专用的各类图谱进行设计。
如： B 型图谱、
N —— 螺旋桨转速(rpm,即r／min)，
PD —— 螺旋桨敞水收到马力(hp)，
VA —— 螺旋桨进速(kn)， D —— 螺旋桨直径(m).
ρ --- 为海水密度，取104.51 kgf· s2／ m 4
BP --- 功率系数 直径系数δ
NP V
0.5 D 2.5 A
K BP 33.30 J
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AU型螺旋桨和MAU型螺旋桨的叶梢附近切面区别
弦 长 的 百 分 比
5 4 3 2 1 0
AU MAU
0.8R
弦 长 的 百 分 比
4 2
50
从导边算起的距离，以弦长百分比表示
100
0 MA
（a）
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
AU型螺旋桨是等螺距螺旋桨
桨模的几何特征:
① 四叶螺旋桨系列：属于本组的模型螺旋桨要素列于 表8-1中。桨叶轮廓的尺寸见表8-4，切面形状见表86. 轮廓形状如图8-4(a)及(b)所示。根据表8-1，8-4，
8-6可以绘制螺旋桨的伸张轮廓和各半径处的叶切面
形状。
？表8-1和图8-4螺
旋桨尺寸不一致
• 在此类问题中，欲求的是转速 N 和主机马力Ps(或螺旋桨收 到马力 PD )，无法确定其中任一个参数，因此需要假设一组 转速N 来进行计算，具体步骤可用表8-9的形式进行。
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
序号 名称 单位 数据
1
PD n 2 V A5
PD --- 螺旋桨收到马力,(hp)
VA --- 螺旋桨进速,(m/s)
n ---为螺旋桨转速,(r／s))
2 πρ K Q 75J 5
PD n V A2.5
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注意：
P D P D
P D
P D
PS
PS P TE
PS，P TE (hp)
P TE
PS，P TE (hp)
PE
η η
0 0
PE
η η
0 0
N
N2
N3
N4
D1
D2
D3
D4
已知n的初步设计图
已知D的初步设计图
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
(2)
0.5 D 2.5
ND 30.86 δ VA J
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts) BP δ 图谱 图谱
0.57 η = 0.65 η =
30 = δ
1.2 1.1 1.0
40 = δ
50 = δ
60 = δ
P/D
0.9 0.8 0.7 0.6 1 2 3 4 5 6
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
本章主要内容
§8-1 螺旋桨的设计问题和设计方法 §8-2 B-δ型图谱的设计及其应用 §8-3 设计螺旋桨时应考虑的若干问题 §8-4 船体-螺旋桨-主机的匹配问题 §8-5 螺旋桨图谱设计举例
§8-6 螺旋桨图谱设计-补充问题
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts) ④ 对不同P/D的螺旋桨性征曲线都作上述处理，并 绘在同一图上，然后将η0和δ值相同者分别连成 光顺曲线，即得η0和δ的等值线。 ⑤ 将各 BP = 常数时(在图谱上表现为垂直线)效 率最高的点连成光滑的曲线，即得最佳效率线。
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
实船的有效马力表
船速 V / kn
E
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
有效马力 4050 4570 P / hp
5200
6090
7120
8330
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
第8章 螺旋桨图谱设计 (Propeller Design with Series Charts)
§8-２ B-δ型图谱的设计方法与应用
• • 在进行螺旋桨设计时，必需针对船舶的特点和 要求，根据实践经验，选用合适的螺旋桨图谱。 目前在商船螺旋桨设计中，应用较广泛的有： 荷兰的楚思德B型螺旋桨 日本AU型螺旋桨