郑华

摘 要：螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。影响螺旋桨推进性能的因素很多，在本设计过程中主要对螺旋桨的直径、螺距比、盘面比、桨叶轮廓形状等因素进行研究，并通过在工作中积累的经验，设计一艘内河A级拖船的螺旋桨。

关键词：螺旋桨；直径；螺距比；盘面比；桨叶轮廓形状

引言

船在水面或水中的航行时遭受阻力，为了使船舶能保持一定的速度向前航行，必须供给船舶一定的推力，以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠专门的装置或机构通过吸收主机发出的能量并把它转换成推力而得，而这种专门吸收与转换能量的装置或转换能量的装置或机构统称为推进器。推进器种类很多，例如风帆，民轮，直叶推进器，喷水推进器及螺旋桨等，螺旋桨构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高，是目前应用最广的推进器。

一、工作原理

螺旋桨的工作是靠桨叶向后拨水来实现的。它在工作时，一面随主机驱动而旋转，一面随船舶前进而前进，这两种运动的组合即为螺旋运动。

螺旋桨工作时，发出的推力用以克服船的阻力，推船前进。遭受的阻力矩由主机发出的旋转力矩克服之。可见，当螺旋桨以转速n进行旋转时，必须吸收主机所供给的转矩Q，才能克服力矩。螺旋桨吸收的功率为2πnQ。螺旋桨在运动中产生推力T，且以进速VA推船前进，其所发挥作用的功率为TVA。故螺旋桨的效率为

ηo = 推功率/吸收功率=TVA/2πnQ

为了提高螺旋桨的效率，总是力求使螺旋桨所产生的推力增大，而使运动中所遭受的阻力矩减少，从而使主机供给的转矩减小。

二、项目设计过程及结果与分析

船体主尺度及船型系数

这个螺旋桨设计来自于一艘内河A级拖船，以下是与该设计有关的船体的主尺度及船型系数：

总 长 23.7米 水线长 23米

型 宽 5.30米 型 深 2.0米

设计吃水 1.25米 设计排水量 ～88.7吨

艏舷高 2.55米 艉舷高 2.25米

方形系数 0.578 水线面系数 0.809

中剖面系数 0.917 纵向菱形系数 0.630

浮心纵向位置 -0.651

2.1 螺旋桨要素选取及结果与分析

2.1.1 螺旋桨要素选取

静深水状态下的设计拖带航速： Vs=13km/h≈7.0kn

螺旋桨直径： D=1.10m

主机型号： NT/NTA885-M

数量： 2台

MCR： 200hp x1744rpm

功率储备： 10%

设计点工况： 180hp x1744rpm

齿轮箱减速比： 4 ： 1

螺旋桨转速： N=436rpm

轴系效率： ηs=0.96

齿轮箱传递效率： ηg=0.97

伴流分数： w=0.13

推力减额： f=0.14

船身效率： ηh=0.989

2.1.2 结果与分析

经计算分析可知满足空泡要求的最小盘面比约为Ae/Ao=0.65

根据MAU4～40、MAU4～55、MAU4～70查得结果内插可知：

在该盘面比下的螺距P/D=0.807，敞水效率ηo=0.461

2.2 强度计算结果与分析

2.2.1 强度计算结果

螺旋桨材料 镍铝青铜（Cu3）

最小抗拉强度 σb 590N/mm2

材料比重 G 7.6g/cm3

材料系数 K 1.38

主机输出功率 Ne 200hp（147kw）

螺旋桨转速 ne 436rpm

螺旋桨直径 D 1.100m

螺旋桨盘面比 Ae 0.650

螺旋桨螺距比 P/D0.70R 0.807

螺旋桨螺距比 P/D0.60R 0.807

螺旋桨螺距比 P/D0.25R 0.807

螺旋桨后倾角 ε 10.00

螺旋桨叶数 Z 4

2.3.2结果分析

根据中国船级社≤钢质海船入级与建造规范（2001）≥及≤修改通报≥（2004）得出此计算结果满足规范对强度的要求。

2.3计算总结

直径 D=1.10m

桨数 2只

螺距比 P/D=0.807

盘面比 Ae/Ao=0.65

叶型 MAU

叶数 Z=4

材料 镍铝青铜（Cu3）

重量 ～170kg

自由航速 ～18.8km/h

三、结论

螺旋桨为船的前进提供的推力，但影响螺旋桨推进性能的因素很多。本设计项目结果表明，它与主机、船体和流体间的关系密切，如何正确处理螺旋桨各要素如直径、螺距比H/D，盘面比、桨叶轮廓形状、叶数及转速n等的关系也是设计的关键及难点，通过这次的学习和实践分析，并取得了一定的成果。

参考文献

[1] 中国船级社≤钢质海船入级与建造规范（2001）≥及≤修改通报≥（2004）

[2] ≤船用螺旋桨设计≥.广东工业院造船系编写组编，1976年10月，第一版。

[3] ≤船舶动力装置设计≥.上海交通大学，编，1991年11月，第一版。

[4] ≤内河船舶设计手册≥.长江船舶设计院编，，1972年12月，第一版