螺旋槳后移對(duì)船舶性能影響的分析

鄭艷玲

摘 要：本文通過實(shí)船驗(yàn)證的方式探討了螺旋槳后移對(duì)船舶航速、振動(dòng)及噪音的影響，認(rèn)為螺旋槳后移對(duì)優(yōu)化船舶性能有積極作用。

關(guān)鍵詞：螺旋槳后移；航速；振動(dòng)；噪音；

中圖分類號(hào)：U661.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis on the Influence of Propeller Back on Ship Performance

ZHENG Yan Ling

（Foshan Nanhai Zhufeng Shipbuilding Co.，Ltd. Foshan 528244）

Abstract： by testing result verification， this paper discusses the influence of propeller back on the ship speed， vibration and noise. Think to optimize the ship performance has a positive role.

Key words： propeller back； ship speed； vibration； noise；

1 引 言

螺旋槳在設(shè)計(jì)過程中，一般會(huì)充分考慮船型特點(diǎn)、主機(jī)功率等要素進(jìn)行分析估算，而螺旋槳的位置則需考慮與船體尾部型線的配合，保持一定的間隙。在充分考慮各種設(shè)計(jì)要素的情況下，為保證足夠的間隙，螺旋槳的位置盡量往船后方向移會(huì)對(duì)船舶性能產(chǎn)生什么樣的影響呢？我們通過修理一艘裝載量150 t的沿海貨船來探討這個(gè)問題。

2 實(shí)船驗(yàn)證

進(jìn)廠修理的150 t沿海貨船為單機(jī)單槳，航速11 kn。該船因航行時(shí)打彎了尾軸而進(jìn)廠更換尾軸，船東提出能否解決船體尾部的振動(dòng)噪音問題。該船由于出廠時(shí)先天不足，航行時(shí)尾部振動(dòng)明顯，噪音每隔一段時(shí)間會(huì)明顯增大。在此之前，同一批船的另一艘嘗試由原來的3葉槳更換為4葉槳，下水后通過航行試驗(yàn)，振動(dòng)明顯減小，但航速下降至9 kn。

在不更換螺旋槳的情況下，我們嘗試將螺旋槳往后移。經(jīng)過方案論證，尾軸線夾角不變，尾軸加長100 mm，螺旋槳沿尾軸線往后移，與舵系保持適當(dāng)距離，螺旋槳槳葉與船底板的距離增大。軸系改造完成后進(jìn)行下水試驗(yàn)，結(jié)果振動(dòng)明顯減小，異常噪音消失，航速增加至12.5 kn。

隨后，我們將這種方法應(yīng)用到此類型新造的船舶上，進(jìn)一步論證螺旋槳后移對(duì)船舶性能的影響。

2012年建造的一艘100 t漁政船，總長33 m，單層連續(xù)甲板，主船體為鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，上層建筑為鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，傾斜船尾、方尾、圓舭線型，采用雙主機(jī)、雙槳，近海航區(qū)，螺旋槳為日本 MAU型的4葉槳，試航航速是16.8 kn，船舶各項(xiàng)性能優(yōu)越，無明顯振動(dòng)，無異常噪音。2013年按照相同圖紙?jiān)俳ㄔ煲凰遥覀儗?duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將螺旋槳后移170 mm，如圖1、圖2。

船舶建造完成下水試驗(yàn)，與母型船各項(xiàng)性能對(duì)比見表1。

兩船在相同的水道進(jìn)行航行試驗(yàn)，試驗(yàn)當(dāng)天的天氣及海況相差不大，試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)船航速稍有增加，螺旋槳對(duì)應(yīng)的舵機(jī)艙噪聲有所減小。從以上的實(shí)船驗(yàn)證結(jié)果來看，螺旋槳位置往船后方向移對(duì)船舶的航速、振動(dòng)及噪音均有一定的改善。

3 理論分析

我們從理論上分析一下螺旋槳定位后移對(duì)船舶的影響。

3.1 有效推力增大

螺旋槳在船后工作時(shí)，由于它的抽吸作用，使槳盤前方的水流速度增大，根據(jù)伯努利定理，水流速度增大壓力必然下降，故在螺旋槳吸水作用處及整個(gè)區(qū)域內(nèi)壓力都要降低，導(dǎo)致船體壓阻力增加，這個(gè)由螺旋槳在船后工作時(shí)所引起的船體附加阻力稱為阻力增額△R。若螺旋槳發(fā)出的推力為T，則其中一部份用于克服船的阻力R（不帶螺旋槳的阻力），而另一部分則為克服阻力增額△R，則有T=R+△R，其中有效推力為（T-△R）。螺旋槳槳葉與船體間的相對(duì)位置增大，增額阻力△R減小，則螺旋槳有效推力（T-△R）增加，有效推力增加則航速增大。

3.2 激振力減小

由于螺旋槳在不均勻的船尾伴流場中運(yùn)轉(zhuǎn)，必將產(chǎn)生激振力，在螺旋槳振源中以螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力，即表面力為最主要因素。螺旋槳的安裝，需考慮與船體尾部型線的配合，保持足夠的間隙，避免產(chǎn)生過大的激振力。通常情況下，槳葉和船體間隙不得小于船級(jí)社規(guī)范的要求。

按照挪威船級(jí)社對(duì)脈動(dòng)壓力測(cè)量數(shù)據(jù)指出，與船體表面壓力緊密有關(guān)的因素有伴流場、葉梢至船體的間隙、螺旋槳設(shè)計(jì)狀況和尾吃水等。表面力與葉梢至船體的間隙成反比，葉梢至船體的間隙越大，表面力越小，產(chǎn)生的激振力越小。激振力的減小可減輕船舶振動(dòng)，降低噪音。

4 應(yīng)用

當(dāng)然，螺旋槳后移是有一定局限性的。首先后移會(huì)加長尾軸的長度，對(duì)軸的強(qiáng)度有一定的影響，要滿足軸的強(qiáng)度要求，不能無限加長，只能作局部調(diào)整；其次，螺旋槳與舵系的距離既要保證舵機(jī)在艙內(nèi)的運(yùn)作，也要保證在維修時(shí)部件有足夠的距離拆卸。

5 結(jié)束語

本文通過實(shí)船驗(yàn)證的方式探討了螺旋槳后移對(duì)船舶的影響。這種方式對(duì)船舶航速、振動(dòng)及噪音有積極的影響，雖然使用上有一定的局限性，但可以作為一種優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用在船舶的修理建造上。

參考文獻(xiàn)

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