螺旋桨设计说明书课程设计

螺旋桨图谱设计计算说明书 “XX号” 学 院 航运与船舶工程学院 专 业 船舶与海洋工程 学生姓名 班 级 船舶班 学 号 组 员 指导教师 目 录 一、前言 1 二、船体主要参数 1 三、主机主要参数 1 四、推进因子 1 五、阻力计算 2 六、可以达到最大航速的计算 2 七、空泡校核 4 八、强度校核 5 九、螺距修正 7 十、重量及惯性矩计算 7 十一、敞水性征曲线的确定 9 十二、系柱特性计算 10 十三、航行特性计算 11 十四、螺旋桨计算总结 13 十五、桨毂形状及尺寸计算 13 十六、螺旋桨总图(见附页) 14 十七、设计总结及体会 14 十八、设计参考书 15 一、前言 本船阻力委托XX研究所进行船模拖曳试验，并根据试验结果得出阻力曲线。实验时对吃水情况来进行。虽然在船舶试验过程中将本船附体部分（舵、轴支架、舭龙骨等）也装在试验模型上，但考虑本船建造的表面粗糙度及螺旋桨等影响在换算本船阻力时再相应增加15%。

本船主机最大持续功率额定转速750转/分，考虑本船主机的经济性和长期使用后主机功率折损。在船速计算中按来考虑。螺旋桨转速为300转/分。

二、船体主要参数 表1 船体主要参数 水线长 70.36m 垂线间长 68.40m 型宽 B 15.80m 型深 H 4.8 m 设计吃水 d 3.40 m 浆轴中心高 1.30 m 排水量 2510 t 本船的 =3.292；

=1.41；

=4.329；

=4.647 三、主机主要参数 型 号：8230ZC 二台 额定功率：=1080kw(1469hp) 额定转速：750r/min 减速比：2.5 传送效率：=0.95 四、推进因子 伴流分数 ；

推力减额 t=0.165 船身效率 ；

相对旋转效率 五、阻力计算 本船曾在七零八所水池进行船模阻力试验，表中数值为吃水3.4m时船的阻力试验结果。

表2 模型试验提供的有效功率数据 航速（节） 11 12 13 14 15 d=3.4m EHP3.4（kw） 457.1 634.8 890.0 1255.0 1766.1 1.15EPH 3.4 525.7 730.0 1023.5 1443.2 2031.4 六、可以达到最大航速的计算 采用MAU 4叶桨图谱进行计算。

取功率储备15%，轴系效率：=0.95 螺旋桨敞水收到马力：
根据MAU4-40，MAU-55，MAU4-70的图谱列表计算 表3 按图谱设计的计算表 项目 单位 数值 假定航速V kn 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 kn 9.185 10.020 10.855 11.690 12.525 40.412 32.511 26.615 22.114 18.611 6.357 5.702 5.159 4.703 4.314 MAU4-40 74.00 67.60 61.80 57.60 53.00 0.64 0.68 0.71 0.74 0.76 0.562 0.592 0.618 0.642 0.662 666.65 702.24 733.08 761.55 785.28 MAU4-55 72.2 65.9 61.2 56.2 52.2 0.70 0.72 0.76 0.79 0.83 0.548 0.578 0.612 0.628 0.648 650.05 685.63 715.97 744.94 768.67 MAU4-70 71.8 64.2 60.0 56.0 52 0.71 0.74 0.77 0.80 0.835 0.527 0.558 0.578 0.598 0.614 625.14 661.91 685.63 709.36 728.34 根据上图中的计算结果可绘制、、及对V的曲线，如下图。

图1 MAU4叶桨图谱设计计算结果 从曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同的盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素、D及如下表所示。

表4 设计计算的最佳要素 MAU 4-40 13.63 0.730 59.1 2.24 0.632 4-55 13.56 0.778 58.4 2.20 0.624 4-70 13.41 0.790 58.4 2.17 0.586 七、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：
计算温度 ：t=15 ℃ 表5 空泡校核计算结果 序号 项目 单位 数值 MAU4-40 MAU4-55 MAU4-70 1 kn 13.63 13.56 13.41 2 m/s 5.854 5.824 5.760 3 (m/s)2 606.605 585.134 569.285 4 (m/s)2 640.874 619.053 602.463 5 0.367 0.380 0.391 6 (查图) 0.151 0.153 0.155 7 9604.840 9532.110 9051.090 8 m2 1.897 1.924 1.853 9 m2 2.108 2.165 2.091 10 0.535 0.570 0.565 据上表计算结果作图，可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素：
图2 空泡校核计算结果 其中有：
八、强度校核 按2001年《规范》校核t0.25R及t0.6R (见下表)，应不小于按下式计算之值：
计算功率：
G=7.6g/cm3 表6 强度校核计算表 项目 单位 数值 0.25R 0.6R 弦长b m 0.509 0.700 634 207 250 151 1410 635 4 34 2203.295 796.548 6846.332 1799.7702 82 23 34 12 41 65 380 330 1161.265 1002.369 材料系数K(铝镍青铜) 1.380 1.380 0.236 0.148 mm 77.360 38.221 MAU标准桨叶厚度 mm 84.15 47.96 校核结果 满足要求 满足要求 实取桨叶厚度 mm 85 49.95 实际桨叶厚度按与连直线决定：
九、螺距修正 根据尾轴直径的大小，决定毂径比，此值与MAU桨标准毂径比相同，故对此项螺距无需修正。由于实际桨叶厚度小于MAU桨标准厚度，故无需因厚度差异进行螺距修正。

十、重量及惯性矩计算 根据我国船舶及海洋工程设计院提出的公式：
浆叶重量：
桨毂重量：
螺旋桨惯性矩：当时：
其具体计算过程如下表：
表7 重量及惯性矩计算 项目 单位 数据 m 0.706 hp 1186.217 N r/min 300 m 0.09001 m 0.04995 K 0.5 m 0.396 7600 Z 4 dh m 0.396 D m 2.20 m 0.206 621.316 415.01 1036.326 205718.01 式中：为桨叶最大宽度（m）；
为桨毂长度中央处轴径，可按下式估计 ，N分别为主机最大持续功率情况下的螺旋桨收到马力（hp）和转速（r/min）；

分别为0.2R和0.6R处切面之最大厚度；

K为轴毂配合的锥度；
为毂长（m） 为材料重量密度（) 为桨毂直径（m）；

D为螺旋桨直径；

十一、敞水性征曲线的确定 由MAU4-40、MAU4-55中P/D=0.7和P/D=0.8的敞水性征曲线内插得到MAU4-56.8，P/D=0.781的敞水性征曲线。

其具体计算表格如下：
表1-9 设计桨的敞水特性数据表 桨 型 项 目 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 设计桨 0.781 0.351 0.3251 0.2848 0.251 0.211 0.171 0.125 0.075 0.031 0.781 0.408 0.3663 0.352 0.318 0.274 0.245 0.189 0.139 0.081 图3 设计桨的敞水特征曲线 十二、系柱特性计算 由图1-3设计桨的敞水性征曲线得：时，， 计算功率：
系柱推力减额分数取：
主机转矩：
系柱推力：
螺旋桨转速：
十三、航行特性计算 取转速为300，285，270进行计算，其结果如下：
表9 航行特性计算表 项目 单位 数值 kn 11 12 13 14 15 m/s 4.725 5.154 5.584 6.013 6.443 N=300 r/min 0.430 0.469 0.508 0.547 0.586 0.199 0.184 0.168 0.150 0.132 0.027 0.026 0.024 0.022 0.020 hp 769.233 775.910 767.476 737.958 695.789 hp 1600.676 1545.380 1426.504 1307.629 1188.754 N=285 r/min 0.452 0.493 0.534 0.575 0.617 0.190 0.174 0.156 0.137 0.117 0.028 0.025 0.023 0.020 0.018 hp 662.835 662.201 643.172 608.286 556.591 hp 1426.891 1274.009 1172.089 1019.208 917.287 N=270 r/min 0.477 0.521 0.564 0.607 0.651 0.180 0.162 0.142 0.122 0.099 0.025 0.024 0.021 0.019 0.016 hp 563.589 553.342 525.447 486.166 422.692 1083.252 1039.922 909.931 823.271 693.281 图4 航行特性曲线 由图中可求得满载航行时可达最大航速约为V=13.629kn，主机马力为1350.11hp。

115%超载航行时可达最大航速约为V=13.233kn，主机马力为1396.94hp，与设计基本一致。

十四、螺旋桨计算总结 表10 螺旋桨计算结果表 螺旋桨直径 D=2.20m 设计航速 螺距比 毂径比 型式 MAU 旋向 右旋 叶数 Z=4 材料 镍铝青铜 盘面比 重量 纵倾角 惯性矩 螺旋桨效率 十五、桨毂形状及尺寸计算 毂和毂帽的形状必须使水流顺滑地流过，避免产生漩涡。其尺度及形状可根据船舶实际情况和造船实践经验确定。本船实际选取整体式螺旋桨，其相应尺寸计算如下：
螺旋桨轴的轴径：
利用《船舶原理》（下册）P157 图8-40来确定，得出 螺旋桨的毂径：
毂前后两端的直径、：
减轻孔长度：
桨毂长度：
毂部筒圆厚度：
叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径：
轴孔之锥度：一般为~，取后端轴孔直径：
十六、螺旋桨总图(见附页) 在螺旋桨总图中，需要画出桨叶的伸张轮廓、投射轮廓及侧投影轮廓。在伸张轮廓上画出若干半径处的切面形状（一般画8~9个叶切面），在侧投影轮廓图上画出桨叶的最大厚度线。

根据《船舶原理》（下册）P110 表8-4、P113 表8-6 给出的MAU模型桨的轮廓尺寸坐标和叶切面尺寸坐标，可以绘出设计螺旋桨的总图。

十七、设计总结及体会 此次设计中，我们遇到了很多困难，大多都是由于平时上课不认真听讲导致的，但在XX老师耐心的指导下，以及与同学交流讨论后，问题都得到了解决。这次设计不仅让我对螺旋桨相关的知识内容有了更深刻的理解，同时也提升了我使用的AutoCAD、Excel、Word等软件的能力。总的来讲，此次设计主要有以下几点问题：
1、一定要充分利用设计的原始数据，看清楚这些数据的单位，使用条件。例如最任务书中提供的有效功率，它的单位是“kw”，我们就需要把它乘于1.36以转化成为马力，因为此后的各种计算步骤几乎都是以马力为单位进行计算的；
其次，还要把它除以2，因为本次设计的船舶是双桨船，阻力会被分配到两个桨上。

2、查图谱的时候，一定要认真仔细，尽量减少误差。因为图谱设计是一个连续的过程，每一组查到的数据经过过一系列处理之后，一点点误差都会被放大很多倍，以至于得到的最终结果与真实情况差距很大。

此次课程设计，令我感慨颇多，在这段日子里，学到了很多有实用东西，同时巩固了很多学过的知识，填补了自己未触及的知识盲区。感谢赵藤老师，没有您的悉心指导和热情关怀，我就不能这么快完成此次设计。感谢同组的刘敬同学在设计过程中提出宝贵的意见和建议，感谢他帮助我在设计时攻克难关。

十八、设计参考书 [1]盛振邦.《船舶原理（下）》[M].上海交通大学出版社. [2]《MAU型螺旋桨系列图谱》[M].人民交通出版社.