一種用于校調高速船螺旋槳的實用方法

摘要：本文通過實例分析介紹一種用于校調高速船螺旋槳的實用方法。本實例結合經驗分析法與環流理論分析法，解決船-機-槳的匹配問題。

關鍵詞：高速船；螺旋槳；校調

A Practical Method for Adjustment of Propeller for High-speed Craft

HE Lingfeng， PAN Deng， ZHENG Yiming

(HINLEE (zhuhai) Shipyard Co.， Ltd. Zhuhai 519185)

Abstract: This article introduces a practical method for adjustment of propeller for high-speed craft with the example which combines experience analysis method with circumfluence theory analysismethod to solve the problem of ship-engine-propeller matching.

Key words: High-speed craft; Propeller; Adjustment

1前言

高速船對航速的要求比較嚴格，客戶會根據船舶的營運環境綜合考慮各方面因素，給出一個船舶最大保證航速。高速船的設計和建造必須保證此航速。而采用螺旋槳作為推進器的高速船，在實船自航試驗時，船-機-槳的匹配與設計要求有時會出現偏差。當出現偏差時需要對螺旋槳進行校調以達到船-機-槳的合理匹配。

2概況

我們結合實例介紹一種校調螺旋槳的方法。本實例選用一艘沿海雙體客船作為研究對象。該船主要用于珠港澳三地的水上交通，客戶要求該船航速不小于26 kn。

該船的主要參數如下：

總長：26.0 m

型寬：8.5 m

水線長：24.02 m

型深：3.0 m

兩柱間長：23.4 m

片體寬度：2.5 m

滿載排水量：約94.1 t

滿載吃水：約2.1 m

主機：2臺

功率：1 007 kW（1 350 hp）

額定轉速：1 900 r/min

齒輪箱：2臺

減速比：2.03

螺旋槳：2個

本船螺旋槳直徑D=1.016 m；葉數Z=4；各半徑R的螺距分布如表1所示。

試航數據表明，按理論設計的螺旋槳在實船上效果不太理想導致無法達到客戶要求的航速，船-機-槳的匹配不理想。但因船體，主機已經確定難以調整，故對螺旋槳進行校調使該船航速達到要求是比較可行的一種方法。

3.1經驗公式分析

我們可將螺旋槳視為主機的制動器。按經驗公式（1），主機轉速N與螺旋槳的螺距P存在以下關系。

P`—螺旋槳需要達到的螺距

P—螺旋槳的實際螺距

N`—主機的實際轉速

N—主機的額定轉速

由于螺旋槳校調的工藝要求和技術限制，只對0.7R后的螺距進行調整。按上述公式計算得到螺距如表3所示。

表3中的螺距分布只是按經驗公式得出的結果，比較粗糙，還存在不確定性，如果僅按此螺距對螺旋槳進行校調，難以保證能達到預期效果，所以需要對以上計算結果進行進一步校核。

假定該螺旋槳誘導速度與螺旋槳運動速度相比很小，忽略誘導速度對推力T和轉矩Q的影響，可得到式（2）和式Q —螺旋槳吸收的轉矩

—流體密度

Z —螺旋槳槳葉數

—螺旋槳的角速度

—螺旋槳的阻升比

r—螺旋槳的半徑

—螺旋渦線的螺距角

—船舶航行速度

—螺旋槳各半徑處的環量

—螺旋槳的攻角

建立速度多角形如圖1所示。

根據速度多角形和螺旋槳的螺距P，可求出對應每個半徑r上的有效攻角ak。根據攻角ak按圖2查得 CL和CD。

設在半徑r處增加環量后，將使該半徑處的槳葉本身所受的力以及槳葉其他半徑處的力發生改變，其結果使整個螺旋槳增加了了推力及轉矩 。因此有用功率增加了△TVA，螺旋槳吸收的能量增加了。令k表示這兩種能量增加之比，從而得到式（4）。

現在假定取某適當的環量增加，使之產生一定量的△TVA，如果在不同半徑處增加環量得到不同的k值的話，那么只要在k值小的地方減少環量，而在k值大的地方增加環量，這樣可使原來推力不變，減少供給螺旋槳的功率，從而得到較高螺旋槳的效率。

CL—螺旋槳的升力系數

CD—螺旋槳的阻力系數

B—螺旋槳各半徑處的弦長

VR—螺旋槳的進速

用Excel建立計算表格，計算結果如下表所示。表4是初始設計螺旋槳的數據，表5是按經驗公式得出的螺旋槳的數據。

因為環量沿槳葉分布的最佳條件是k值沿槳葉必須是常數。按初始設計螺旋槳的螺距分布計算k徝，得到表4，觀察表4中的k值是沿槳葉變小的，所以螺旋槳的效率不高，需要在k值小的地方減少環量，即減少螺距。按經驗公式計算值的螺距分布計算k值，得到表5，觀察表5中的k值，在0.7R與0.8R處的k值較原始值已有所提高，但在0.9R與0.95R處無明顯的提高，需要繼續減少環量，即減少螺距。再次調整螺旋槳的螺距，得到表6。

觀察表7中0.9R與0.95R處的k值較表5有所提高。但繼續減少螺距P，k值也無明顯變化。所以選定此螺距P作為最終螺距。以此螺距分布對螺旋槳進行校調，經試航實測船舶航行速度26.1 kn，達到了客戶的要求。

4 總結

本文借用實例分析闡述了一種新穎簡單的螺旋槳校調方法，結合螺旋槳環流理論對經驗公式的校核，對螺旋槳的校調具有非常實用的參考價值。

參與文獻

[1]董世湯.船舶螺旋槳理論[M].上海:上海交通大學出版社，1985

[2]王國強，盛世邦.船舶推進[M].北京:國防工業出版社，1985