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    螺旋槳螺距與拱度的優化設計研究

    日期:2016-07-21

    摘要:目前船用螺旋槳設計方法有兩種,即圖譜設計法及環流理論設計方法。

    目前船用螺旋槳設計方法有兩種,即圖譜設計法及環流理論設計方法。圖譜法設計法是根據系列螺旋槳模型的敞水實驗結果,將螺旋槳幾何與敞水性能參數繪制成專用的圖譜以方便使用,典型的圖譜法如荷蘭楚思德B型槳圖譜等。利用圖譜法進行設計時,首先選定螺旋槳的葉數及盤面比,然后通過尋找船舶的有效馬力曲線與螺旋槳的有效推馬力曲線的交點來確定螺旋槳的螺距比、效率及主機馬力等參數。圖譜法計算方便,易于掌握,如果選取圖譜適宜,設計結果基本滿足要求,目前仍在中小型傳播的螺旋槳設計中使用。圖譜設計的螺旋槳,其螺距、弦長、縱傾等分布以及槳葉剖面形狀為所用圖譜規定的形式,無法考慮拌流的不均勻性。實際上,螺旋槳運轉于非均勻的船后尾流場中,實踐證明,這種尾流場的不均勻性發展到一定程度后,將會產生螺旋槳空泡及引起船體振動等問題。因此,圖譜設計方法常常不能滿足槳葉空泡、激振力方面的要求。

    換流設計方法是根據環流理論及各種翼型切面的試驗或理論數據進行螺旋槳設計,該方法通過在不同半徑處選擇適宜的螺距、拱度及厚度,考慮船后不均勻伴流場的影響,可以在兼顧效率的同時,對螺旋槳的空泡與激振問題進行更合適的處理。

    現有的環流理論設計方法主要有三種:基于升力線理論的設計方法、基于升力面理論的設計方法及基于面元理論的設計方法。其中,面元設計方法的試用并不廣泛。升力線設計方法首先根據最佳環量分布條件或設計者的意圖確定槳葉環量的徑向分布形式,然后確定槳葉剖面升長積沿徑向的分布。最后,結合所選定二維翼型的水動力特性及槳葉的空泡限制條件確定槳葉的弦長、螺距、最大拱度及厚度分布。升力線設計方法沒有考慮環量的面分布及槳葉厚度的影響,因此要進行升力面修正以滿足設計要求。

    升力面設計方法是應用比較普遍的理論設計方法,它可以根據螺旋槳的運轉條件(船速、螺旋槳轉速、伴流場),設計出滿足多種性能要求(推力、效率、摳門火炮、激振等)的螺旋槳,但一般不能同時滿足以上性能要求。使用時,一般需要給定螺旋槳的直徑、葉片數、弦長分布、側斜分布、葉片的厚度分布、徑向環量分布形式、弦向環量分布形式等條件。通過調整槳葉的螺距分布與拱弧面形狀使槳葉在指定運轉條件下滿足物面的不可穿透的運動條件,即來流與誘導速度沿拱弧面法向的合速度為零。在螺旋槳設計中,通常將升力線設計方法與升力面設計方法結合使用,即首先通過升力線設計方法得到環量的徑向分布及各半徑剖面的升長積,然后綜合考慮槳葉的強度、空泡及振動等因素,確定槳葉的強度、空泡及振動等因素,確定槳葉的弦長、縱傾、側斜及剖面的厚度,最后通過升力面設計方法確定槳葉的螺距及拱度。

    螺旋槳的升力面設計方法有以下不足:弦向環量分布形式比較單一,一般采用a=0.8的負荷分布形式;迭代計算拱弧面形狀時,葉跟、葉梢剖面常出現S形拱線,造成拱弧面不光順。

     

    標簽: 船用螺旋槳設計(49)
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