多槳船拖槳阻力預報

毛斌峰++陳公昌

摘 要：多槳船在實際使用過程中，根據航行海況及工況有時只需部分螺旋槳（一只或多只槳）工作，而其余不工作槳則處于拖槳狀態（即自由旋轉或鎖制狀態）。此時，工作槳除承擔原有的船體阻力外，還要加上不工作槳產生的附加拖槳阻力。本文提供了拖槳阻力預報方法，實際算例與實船試驗結果對比表明，該方法具有較高的精度和實用性，可用于多槳船拖槳阻力預報。

關鍵詞：多槳船；螺旋槳；拖槳；阻力預報

中圖分類號：U661.311 文獻標識碼：A

Additional Drag Method of Multi-propeller Ship in

Abnormal Working Condition

MAO Binfeng1，CHEN Gongchang2

（1. Shanghai Jiaotong University ， Shanghai 200030；2. The Military Commissary Department in No.750 Manufactory in Guangzhou， Guangzhou 510656）

Abstract： For multi-propeller ships， sometimes only a part of propellers （one or more） work according to sea state or need in daily use， other propellers rest or dragged （free rotating or locked）. In the abnormal working conditions， the working propellers undertake both hull efficient power and additional drag resistance. An additional drag prediction method is introduced and is proved to be exact after compared with experiment results.

Key words：Multi-propeller ship； Propeller；Abnormal working condition；Additional Drag prediction

1 前言

隨著船舶高速化發展，要求的主機功率越來越大，在單臺主機功率受限制的情況下，往往需采用多機多槳來彌補單機功率的不足。多槳船在實際使用過程中，根據航行海況及工況有時只需部分螺旋槳工作（一只或多只槳），而其余不工作槳則處于拖槳狀態（即自由旋轉或鎖制狀態）。此時，工作槳除承擔原有的船體阻力外，還需承擔不工作槳產生的附加拖槳阻力。經實船驗證，不論螺旋槳處于自由狀態或鎖制狀態，均會產生較大的附加拖槳阻力。為了評估多槳船的螺旋槳在拖槳狀態下的主機工作負荷及航速情況，需對螺旋槳在拖槳狀態下產生的額外阻力進行準確評估。

本文采用卡耳瑪柯夫方法對某型四機四槳船在雙槳推進航行狀態的拖槳阻力進行預報，并根據預報的船體阻力及螺旋槳特性曲線對主機負荷及航速進行預報，將預報結果與試航試驗數據進行對比分析，驗證了該預報方法的準確性。

2 拖槳阻力預報

四機四槳船在四槳航行時，每只槳分擔四分之一的船體有效功率。雙槳推進時，推進槳除承擔原有的船體有效功率外，還要加上另外二槳產生的附加拖槳阻力，下面分別對自由旋轉和鎖制狀態下的拖槳阻力進行預報。

2.1 自由狀態拖槳阻力預報

自由狀態拖槳航行時，不工作的螺旋槳被水流沖擊而產生自由轉動，類似于水輪機。在螺旋槳特性曲線上，和 處于負值區域，此時自由拖槳產生的推力與工作槳的推力方向相反，可以近似的用敞水特性方程式求出自由拖槳的負推力。

2.4 實船試航軸功率及航速測量數據

該型船試航時分別進行了雙機雙槳航行、自由狀態及鎖制狀態拖槳情況的軸功率及航速測量，考慮軸系傳遞效率，將實測軸功率換算為主機功率。

為便于理論預報數據對比，將自由狀態及鎖制狀態的實測軸功率、隨動轉速進行回歸擬合后，數據如圖2所示。

3 預報與試航數據對比

將自由狀態及鎖制狀態的理論預報及實測軸功率、隨動轉速數據進行對比，以驗證預報方法的準確性，計算結果見圖3、圖4。

從圖4可以看出，計算預報值和實測值的誤差基本在3%以內，說明采用該方法進行隨動轉速預報是準確可行的。實測值在全航速段均小于預報值，且隨著航速增加誤差逐漸偏大，其原因可認為是在預報時假設扭矩系數為零，但軸實際轉動時會有摩擦，且隨轉速增加摩擦阻尼越大，從而導致實際隨動轉速要小于計算預報轉速。

從圖5可以看出，在自由狀態時，計算預報值和實測值的誤差基本在5%左右，說明采用該方法進行自由狀態多槳功率預報是準確可行的；而在鎖制狀態時，主機功率實測值較預報值的誤差約10%，且隨著航速增加誤差逐漸偏大，其原因可能是因為阻力系數選取偏大造成。鎖制狀態與自由狀態相比，鎖制狀態阻力增加明顯，會導致主機負荷過重，實船試航在14 kn附近出現主機超負荷，不能繼續加速。

4 結束語

本文利用卡耳瑪柯夫方法對某型多槳船拖槳阻力進行預報，可以為類似多槳船型的拖槳阻力預報提供一個參考，定性的提出了部分參數對拖槳阻力的影響情況以及對多槳船拖槳狀態的使用建議，具體的結論如下：

（1）采用卡耳瑪柯夫方法預報自由狀態拖槳阻力有較高的準確性，是可行的；

（2）采用卡耳瑪柯夫方法預報鎖制狀態拖槳阻力，阻力系數選取偏大，造成預報比實測偏大，故估算時可適當減小 ；

（3）螺旋槳自由狀態產生的附加拖槳阻力遠小于槳鎖制狀態產生的附加拖槳阻力，建議多槳船在拖槳航行時應采用自由狀態拖帶形式，避免鎖制狀態拖槳航行；

（4）自由狀態拖槳航行時，槳軸軸承以及齒輪箱輸出端的轉速會很高，需配置相應設備對相關運動部件進行強制潤滑。

參考文獻

[1] 沈貽德.螺旋槳鎖制狀態阻力的估算.船舶工程[J]，1986（5）.

[2]茹謙柯，伊萬諾夫.船用螺旋槳的計算[M]. 北京： 機械工業出版社， 1956.

[3]盛振邦，劉應中等.艦船原理[M].上海：上海交通大學，2004.

[4]王超，黃勝，單鐵兵.基于多塊混合網格方法預報螺旋槳非正常工作狀態

時的水動力性能[J].船舶力學，2010，14（1-2）.

[5]丁江明，王永生，黃斌.調距槳鎖軸拖帶工況最小拖槳阻力和水動力

矩[J].船舶力學，2012，46（3）.endprint