船舶快速性课程设计指导书
课程设计指导书
应业炬 王立军合编
船舶与建筑工程学院
船舶工程系
二零零八年五月
一．课程设计目的
课程设计是船舶快速性课程重要的实践性教学环节，是培养学生掌握螺旋桨设计能力的技术基础。
螺旋桨设计是船舶设计过程中有关船舶快速性性能设计的重要组成部分。它在既定的条件下，依据螺旋桨相关图谱，设计出既能满足相应条件而性能又达到优良的螺旋桨，即具备效率高、强度足够、无空泡现象以及振动小、噪音低等优良的技术性能指标。
本次课程设计属于螺旋桨设计的“终结设计”类型，即已具备船舶主机的相关要素，而要求设计出船舶达到的最高航速与性能优异的螺旋桨参数。
课程设计的主要目的是：
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1、通过课程设计使学生综合运用船舶快速性课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关船舶设计方面知识的作用，树立正确的设计思想。
2、通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握螺旋桨的一般设计方法和步骤，并正确绘制螺旋桨工艺总图。
3、提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计（CAD）能力等，使学生熟悉设计资料（手册、图册等）的使用，掌握经验估算等船舶设计的基本技能。
二．设计内容、任务
本课程设计是在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线；在此基础上，要求设计一个效率最佳的螺旋桨，即当主机已选定，要求设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。
本次设计一般包括以下几个方面： 一）按船型及经验公式确定推进因子
伴流分数ω值，推力减额分数t值，相对旋转效率值ηH。
据型船资料所设计船舶为单桨海船，泰洛公式的误差最小，故利用泰洛公式
ω=0.5Cb-0.05=0.5×0.707-0.05= 0.3035
ω=0.3035
根据商赫公式t=kω k取0.7 所以t=0.7ω=0.7×0.3035=0.21245 t=0.21245
取相对旋转效率 ηR?1.0 船身效率 ηH?1?t=（1-0.21245）/（1-0.3035）=1.13 1?ω二）按选定的功率储备值，利用螺旋桨图谱进行设计计算。主要内容是： 1. 选定螺旋桨图谱，进行主要参数的比较性计算
根据课本P362图9-18可知，螺旋桨的叶数选择为4~5叶，再根据叶数少者效率常略高，叶数多者因叶栅干扰作用增大，故效率下降，叶数少者也能避免空泡有利，所以在此选择MAU4叶桨图谱。
取功率储备10% 轴系效率因存在减速器故取 ηs= 0.97
螺旋桨敞水收到功率：P D=1200×0.9×ηs×ηR=1200×0.9×0.97×1.0=1047.6hp 2. 可以达到最大航速的计算
根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的BP?δ图谱列表计算：
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项 目 假定航速V VA = V（1-ω） 单 位 kn kn 10.5 7.31 44.756 6.690 hp hp hp 77.9 0.638 0.549 650 76.2 0.679 0.533 631 75.8 0.682 0.515 610 数 值 11 7.66 39.842 6.312 73.9 0.648 0.565 669 72.2 0.689 0.549 650 71.4 0.702 0.527 624 11.5 8.01 35.652 5.971 70.2 0.663 0.581 688 68.6 0.710 0.564 668 68.5 0.720 0.541 640 12 8.36 32.053 5.662 67.2 0.683 0.596 706 65.7 0.730 0.582 689 65.1 0.740 0.558 661 12.5 8.71 28.943 5.380 64.8 0.699 0.608 720 62.8 0.748 0.595 704 62.1 0.759 0.568 672 B = N PD0.5/ PV2.5A BPMAU 4-40 δ P/D η0 PTE = PDηH·η0 MAU 4-55 δ P/D η0 PTE = PDηH·η0 MAU 4-70 δ P/D η0 PTE = PDηH·η0 据上表中的计算结果可绘制PTE、δ、P/D及η0对V的曲线
从PTE –f(V)曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D、D、η0。
MAU 4-40 4-55 4-70 Vmax 11.74 11.67 11.58 P/D 0.670 0.717 0.726 δ 68.8 67.4 67.6 D 2.811 2.748 2.725 η0 0.588 0.570 0.543
3. 桨叶空泡校核，确定螺旋桨主要参数
按柏利尔空泡限界线中商船上限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。 桨轴沉深计算
h t?d?Zp=4.2-1.785=2.415 m
p0?pv?pa?γ hs?pv=10330+1025×2.415-174=12631.375 kgf/m2
计算温度 t = 15℃，pv = 174 kgf/m2，PD=1047.6hp，ρ = 104.63 kgf·s2/m4 计算步骤如下表
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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
数 值 项 目 Vmax VA = 0.5144 Vmax (1-ω) (0.7πN D/60) 2单 位 kn m/s (m/s) 2MAU4-40 11.74 4.206 424.65 442.3 0.546 0.206 10989 2.305 2.523 0.406 MAU4-55 11.67 4.180 402.91 420.4 0.574 0.211 10714 2.309 2.557 0.434 MAU4-70 11.58 4.149 398.97 416.2 0.580 0.213 10283 2.217 2.459 0.422 V02?VA2+ (3) .7Rζ=( p0- pv)/(m/s) 21 ρV02.7R2 kgf m m 22 τc (查图7-20) T = PD·η0·75 /VA AP =T/1ρV02?τc .7R2AE = AP/(1.067 - 0.229P/D) AE/A0 = AE /π2D 4据上述计算结果作图，可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素。
AE/A0?0.4147，P/D?0.7258，D?2.7828 m，η0?0.57948，Vmax? 11.65 kn。
4. 桨叶强度校核
按2001年《规范》校核t0.25R及t0.6R，应不小于按下式计算之值：
t?YK?X1.36A1Ne，Y?ZbneA2GAdN2D3，X?1010Zb
Ne=1200×0.97=1164hp
Ad=AE/A0=0.4147，P/D=0.7258，ε=10°，G=7.4gf/cm3，N=200r/min b0.66R=0.226D· AE/A0/0.1Z=0.226×2.7828×0.4147/0.4=0.652m b0.25R=0.7212 b0.66R=0.7212×0.652=0.470m b0.6R=0.9911 b0.66R=0.9911×0.652=0.646m
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强度校核按书表9-31步骤列表计算。
项目 弦长b 单位 m K1 K2 K3查表8-2 K4 0.25R 0.6R 0.47 0.646 634 250 1410 4 207 151 635 34 A1=（D/P)(K1-K2D/P0.7)+K3D/P0.7-K4 Y=A1Ne/ZbN 2337.626 839.4551 7236.695 1890.723 82 34 41 380 1.2 23 12 65 330 1.2 K5 K6 K7查表8-2 K8 A2=(D/P)(K5+K6ε)+K7ε+K8 材料系数K X=A2GAdND/10Zb t=(Y/(K-X)) MAU标准桨叶厚度t’ 校核结果 实取桨叶厚度 0.52310 mm mm mm 1371.427 1177.024 0.192969 0.120494 84.77126 41.85057 106.4 60.7 满足条件 满足条件 106.4 60.7 因为螺旋桨直径D=2.7828m，小于3.0m，所以
t1.0R=0.0045D=0.0045×2.7828=12.5mm t0.25R=106.4mm
实际桨叶厚度按t1.0R= 12.5mm与t0.25R=106.4mm连直线决定： t0.2R=112.66mm t0.3R=100.14mm
t0.4R=87.38mm t0.6R=62.58mm t0.8R=37.54mm
t0.5R=75.1mm t0.7R=50.06mm t0.9R=25.02mm
5. 螺距修正
根据尾轴直径大小，决定毂径比dh/D=0.18，此值与MAU桨标准毂径比相同，故对此项螺距无需修正。
实际桨叶厚度与MAU桨标准厚度不同，也需因厚度差异进行螺距修正。
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