CB Z 257-1990 空化螺旋桨的设计计算方法.pdf

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1、GB/Z 中国船舶工业总公司指导性技术文件CB/Z 257-90 空化螺旋桨的设计计算方法Design and calculation method of Cavitating propeller 1989-11_;.13发布1989-11-13实施中国船舶工业总公司批准申国船舶工业总公词指导性技术文件Z 257-90 空化螺旋桨的设计计算方法比i部副dcalculation method of f可avitatingpropeller 分类号：Ull1.1主题内容本标准规定了水面舰艇空化螺旋桨的图谱设计法，并着重讨论在设计中必须用到的一些修正和实胳试航中出现的一些问题的处理措施。1. 2适用

2、范围本标准适用于高速水面舰艇、快艇空化螺旋浆的设计计算1.主题肉窑和适用范回2.术谣、捋号、代号（见亵1) 表1术语、符号、代号位unmmmm 单2. 皿a N的m！桨叶旋转产生的离心力螺旋桨的直径i螺旋桨之毅径！叶销与脑体间的最短距离i作强度校核的切面所在处之直径！螺旋桨的伸张面积比，简称盘西比i叶切面切口之面积i 0.5旧V.否一排水体积弗氏数i叶片重量I 9.80665一重力加速度！盘西中心处的浸水深度l ValnD一一边速比I v0 /rill一一斜流中的名义进速比! Jo恼0/(1半1川例。）一斜流中的真实v儿XI 进速比！斜流中等价切面的最大进遐比！斜流中等价切面的最小进速比! l

3、lfifil空化活失的临界进速比！铺满空化起始的临界进远比i背空化产生的临界进速比！金空化产生的临界进退比称名的量号待cpdJK也础FLGghJhJ 。当( J11 ,_ ( J0 . .;: )min J陀Jro Jee Jsc 1989-1113实施中理踏舶工业总公司1989-11-13发布I.？盯”90 、nu啕422咽alladummm-USSE-mmJS HRP嚣，fJfm1，们,/iiumHUNHNHNM MNnuu”HNUR N. m, N ； 噩m al N ff m N N的uhI p :r : (-;:/ nF）咀（Jcos9sm9cos申）一一空蚀判别u e r ! 参数

4、！轴斜角修正系数、. 111 n214.”一螺旋桨模型的推力系数，1I QI pn2D5，一螺旋桨模型的扭矩系数I T. KT一实桨推力系数！己一实桨扭矩系数i斜流角为8时的桨模轴向推力系数i斜流角为8时的桨模报矩系数i斜流中作用在螺旋桨上的竖力系数i安全系数斜流中螺旋桨的升为系数！斜流中螺旋桨产生的开力旋转阻力产生的弯矩！推力产生的弯矩对叶切面民主铀X的总弯矩i对叶切面短主轴Y的总弯矩i主机每分钟的转数螺旋桨的转速！斜流中螺旋桨的相当转速螺距j桨盘西中心处的静压i大气压力（Pa=l0130l)i水的饱和蒸汽压j脉动压力叶频分量的半摇撞i推进系数螺旋桨之扭短脂之阻力！螺旋桨半径I ut切面位置

5、的半径值1辍紧螺旋桨之阻力i自由旋转螺旋桨之阻力叶片重心距桨轴中心线的距离！推力有效推力i推力减额分数i斜流中螺旋桨产生的竖力i螺旋桨之进速i崩速表续Kc FU VM川VMVMYmvmhhhkKLumu时比比HnmPPM儿nwhwnhGRDMrbn附TLtukh2 . CBIZ . 2577嗣-90表绕m fl 。r 。咱、俨r 前i斜流中前进方向的来流速度伴流分散i等扮切嚣的裙对半径i任意切菌的裙对半径叶数！蔡铀数j过桨粒的船震款制线与桨辅之夹角I R在向与桨轴之间的央角j螺距角！斜流角i推力相关国子i扭短裙关因子效率相关因子I 1t之也搜i窒化教察叶览转过程中的相位角i插之排排权！船后桨之

6、推进效率fPiJPo ) ！螺旋桨放水放事j摇身魏率1裙对能辑被事i轴系鼓掌1减逮器放旦掌i传输效率衍俨Qs碍。I 主视潢舱效率！功率键备系数t 12TGqphF恼。Th曹飞”附X嚣Z譬如avakb己旨p申忡川31q吨，可可qh句句qn叮3.1 .！：！化螺旋桨的设计任务书设计任务书通常应包括下到内容：:3.tl撞体方噩a、船型、船型系数和主尺度b、能体阻力曲线或有效功率曲线c、初撒顿与航行纵倾d、螺旋桨之最大允许直径队桨盘中心之漫水深度f、精体与螺旋桨之间的相互作蔚系戴g、踊体、桨、轴系及其他附悻的布置阁，并标明轴之斜炜、附件尺寸及相对位置，. s 3. ！挺住螺捷桨设计的白越条件和原始鼓握

7、之选择/esli 251皿；.903.1.2动力装置方面a、主机额定转速及功率b、主机外特性曲线、限制特性曲线c、减速器速比d、桨轴数e、饥饿损失系数及机舱环境温度和背压修正系数f、主机功率储备由于任务书中上述数据不一定齐全，故下列几节讨论确定一些原始数据的方法。3.2螺旋桨与筋体的捕互作用系数3.2.1伴流分敛图谱设计只考虑平均伴流：0.5144Vs-Va 0.5144Va 给定脂速和伴流就能求得进速的平均值：(3. 1) Va=0.5144V.(Hh) (3 2) 式中弘一一船速，阳；V且一一桨盘面上进淫的平均值，mis。依据舰艇类型确定伴流分数的方法，分述如下：a、大型舰只：用自航试验确

8、定其伴流值，初步设计时凭经验取筐，般双桨高速舰日俨命。.05。b、平抽快艇，由于其尾部平坦，对水流扰动小；艇体短，航速高，摩擦伴流小；波浪伴流及压力伴流常为负值，故总伴流分数目手0。c、斜铀快艇：按伴流的定义，这类艇的伴流分数日俨0。为用铀向流中试验所得之图谱来设计斜铀快艇上的桨（处于斜向来流中工作），引进拟似伴流分数来修正斜流的影响。但在计算中仍简称为伴流分数。在计算斜铀快艇的伴流分数时，只考虑流动方向改变所带来的影响。显然，叶梢离艇底最近的点上的来流应平行于艇底纵剖线，设此处来流与轴线的夹角为1；叶梢离艇底最远一点处的来流已不受艇底影响，来流应是水平方向的，设2与轴线的夹角为2、令。才（1

9、2)为桨盘面上各点进流方向与桨铀夹角的平均值，称之为斜流角（见图1) 式中1= e+ s一一桨铀与经过该处的艇底纵剖线之夹角；2a户T一一桨轴与水平面间的夹角。故计算斜流角的公式为9: B 式中B一一桨轴中心线与基线之夹角（。）；k一过桨轴中心线的纵剖线与基线间的夹角，（。）；h一一航行纵倾角，（。）。按伴流分数的定义寄：V.-V . cos 0 I 0。.1-r=回国=l-cos8一（一一一）22 57.3 4 . (3. 3) (3. 4) (3. 5) CB/Z 257咽创图1图23.2.2推力减额分数在捕后工作的螺旋桨使尾部绕流加速丽引起的阻力增加，要以螺旋桨的推力得到补偿，使桨的有效

10、推力减少。用推力减额分数来度量这种推力减少：T唰R(3. 6) T 亦即Te=R（卜的T(3. 7) 式中t一一推力减额分数：T一一螺旋桨的总推力，N;T，一一螺旋桨的总有效推力，NiR一一船的总阻力，N。现分三种情况确定推力减额分数a大型高速舰：用自航试验来确定。初步设计时取t=0.02-0.08 . （双桨高速舰）。b平轴快艇：t=Oc斜铀快艇：先按321C条确定桨输中心线与航向阔的夹角2，再接下式计算推力减额分数：5 . CB 257-90 1 J2咱t一(1一）（）2(3. 8) 2 3 57.3 式中2一一桨轴中心线与航向间的夹角，（。）；J = Va/nD一一进速比；Va一一螺旋桨

11、之进速，mis;n一一螺旋桨转速，1/s;,D一一螺旋桨之直径，m。J22 上式中之一（一二三）2是把轴向推力投影到航向上时的推力损失一（一一一）2为横向力在航2 57.3 6 57.3 向上的投影，由于这力的方向与推力相反，使桨之有效推力减小，所以归入推力减额的名下，总称拟似推力减额（见图2）。3.3推进效率与推进系数3.3.1推进效率为衡量船后桨的效率，引进推进效率的概念，其定义为舰船的有效功率与船后桨收到功率之比值：rt =PidPo (3 9) 式中Pe:一一舰腊的有效功率，kW;Po一一螺旋桨收到功率，kW。接定义有：0.5144RVs 1Va 1 t 2nQ 2nQ I-WT To

12、 Vo 1-t 1Ve/2nQ (3. 10) 2110 Oo l-WT To V。2n。Q。凡带有足标”。”的量都指敞水中的数值不带足标”。”者为船后值。式中R一由之阻力，N;T一一螺旋桨之推力，N;Q一一螺旋桨之扭矩，N m; T.) v C) fJ P= 2 ;:n ,. Qo 一一桨之敞水效率；(1 - t) . 一脂身效率；(1 -JT) Wa T.; V. ，.一1一一一一相对旋转效率。2元nQ2no Oo 相对旋转效率，因来流不均匀性所引起，故又称为水流不均匀性影响系数。对快艇而言，常取11 r=l.O。脂身效率取决于t和WT之值，对大型舰来说，要由自肮试验来决定。对平轴快艇qh

13、=l. Oo 咛斜轴快艇有：hio CB/Z . 257-i凶1 J2咱1一(1一）（一）22 3 57.3 11 h= 1 0 卜一（一一）22引.33.3 . 2推进系数推进系数PC定义为船的有效功率PE对主机制动功率Pe之比值：P C=Pe:/Pe 按3.3.1所述，可f推进系数分解成：(3 11) (3 _12) P C= 11 p TJ h TJ r rJ s 11 a TJ Inst (3 13) 式中q，一输系效率z！。一一减速器效率1J Inst一一主机装船效率。在设计中常把lla和la之乘积称之为传输效率qu表示主机功率从主机经减速器、推力轴承、倒车装置、中间轴承及尾铀管等传

14、到螺旋桨途中所爱的损失，其值一般为：r o.97 （无减速器）T= l a la= 1. 0. 94 （有减速器）生34主机装筋效率和功率储备3.4.1主机装船效率视装脑后，其工作环境有别于试车台周围环境，其中最明显的差别是环填温度，切不可忽略其影响，没计者必须从刻也产厂家了解情况。主机装船效率qInst表示主机装船后在设计转速下能发出之功率与额定功率之比。3.4;2功率储备功率储备是为使主机安全运转、延长主祝寿命、增加艇的机动性而留的功率榕量，为使计算表格化，引功率储备系数qw，其值为在设计转速下，主机的可用功率与额定功率之比值，者在设计任务书中无此顷数据，可根据”主机桨配合”一节所定的原则

15、自行选择。在一般情况下，qw= 0.95-0.92。4.空化鼓、空化衡准、螺旋桨水动力特性之表达、相关因子4.：空化数桨叶上产生空化，特别是当空化发展到足以影响螺旋桨的推、扭力特性时，空化数成为相似准则中极为重要的参数。空化数定义为：P。Pv（：一一一pV.2 式中P。P.+p由一一桨盘中心处之静压，N/m2;:P.=101301 N/m2一一标准大气压；Pv=1667 N/m2一一水温为15c时水之饱和蒸汽压；h.一一桨盘西中心离水面之距离，m;(4. 1) 7 . Z 257-90 p一一水之密度；比ma;g 一重力加速度，其值为9.80665m/s2; h一一螺旋桨进速，mis;分析螺旋

16、桨性能，常用0.7R处叶切面上的局部空化数，其值为：Po-P o.咽1 :“. 2) 2., V O.?R 式中V20.?R=V.2+(0. 7nD)2一一桨盘面0.7R处来流合速度之平方；n一螺旋桨转速，l/s;D一一螺旋桨直径，m,D浊。和O.?R之间的关系为：。但.3) 0.7 l+(-.J一）2式中J=Va/nD为螺旋桨的进速。设计螺旋桨时，常按图谱所给的空化数计算船速，以避免内插所带来的误差：2. 749 I Pa+ p gh.-Pv 1 (4. 4) a HT J -4.2窒化衡准设计螺旋桨时，判别设计工况下桨之空化型态非常重要。各种空化螺旋桨系列图谱资料中都有按试验时观察到的空化

17、型态而绘制的空化衡准曲线如图3。图中面空化衡准曲线系指面空化刚好清失（试验时J由大到小）时的临界线，此线以下无面空化。梢涡空化衡准线系指叶梢处刚刚形成可见的螺旋形梢涡空化时的临界线，此线以上无梢涡空化。背空化衡准线是指梢涡空化刚刚扩展到叶背时的临界线，此线以上无背空化。全空化衡准线是指空化正好掩盖整个叶背时的临界线，此线以下为金空化。对上述衡准线分别给出了宅们对空化数、螺距比P/D，盘面比（EAR）的三元回归表达式：面空化衡准线：J陀-0.2562+0.9813(P/D)+0.0418(F.AR) P/D （4. 5) 梢空化衡准线：JTC= 0.1205+0.8645(P/D)-0.1482

18、但AR).（4. 6) 背空化衡准线：J盹0.0974+0.8246(P/D)-0.1482（础） (J (4 7) 全空化衡准线：Jsc=0.25001.0023(P/D)-0.2070伊/D)2.0.0323(P/D)3（4. 8) 式中JFC一面空化消失时的临界进速比；JTC一梢涡空化产生的临界进速比；Jee一一背空化产生的临界进速比；Jsc一一全空化起始的临界进速比；P/D一一螺距比；一一空化数。8. . 1:c. Jr之Jee. Jsc. 。0.2 。4CB/Z 257-90 0.6 0.8 图3EAR 0.10 一一EAR 0.85 一一一EAR .OQ 1.0 LZ f.4 )

19、9 CBIZ 25790 由上述关系可知，在设计空化螺旋桨时合理地调整盘面比和螺距比的数值，即可改变桨的空化形态，从而达到控制桨的空化形态和防止空蚀之产生。4.3窒化螺旋桨水动力特性的表达在保证模型与实桨间的J、梅雨，模型试验的雷诺数2伙子5X105时，蚓官们的无量弱水动力系数是相等的。这些水动力系数是：推力系数：除一上一一(4. 9) p n品。4扭短系数Ka= Q Pn2Ds 因商茸的的效率也相同，因为效率h与岛、Ka间有下列关系：KT J flp= .五式中KT一一螺旋桨的推力系数；Ka一螺旋桨的扭短系数；可p一螺旋桨的效率；J=ValnD一螺旋桨的进速比；？一螺旋桨的撞力，自；Q一螺旋

20、桨的扭矩，N m; n一一螺运桨的转速1/s;D一一螺旋桨之直径，m;p一水之密度，地m3o(4. 10) (4 11) 通常是将模型试验所得之岛、Ka和可p就不同的PIO和EAR作为J的函数绘成曲线，其中另；.变量。作为参数形式出现，每个空化数为嗡曲线，总称为螺旋桨的空化特性曲线（参见附录A)o；如在斜流中做空化试验，则其空化特性曲线多了一个参数一一斜流角0（。），觅附录B。4.4揭关因子为了提高设计精度，J正确预报航速，特引下列相关因子来表达这种模型与实桨阔的幢楼差到： -r=K11KT或KTa= Jit JS;.s 日冒J向c= . . . Je)m11胃；E/F1、14 . CB/Z

21、25790 5.2已知部速及螺旋桨室径，求是佳键速及主极功率这一计算过程与最佳直径的计算过程相似，所不同的是对每一选定的盘西比EAR假定一系列转速，计算步骤列予表3，在该表的第二行填假定的转速。下面对有别于表2的计算说明如下：（引计算实桨推力系数的公式攻为：R J （一）2 . (5 7) pD2(1-t) Va (10）按交点之J值求转速n=Va!DJ (13）句(15）对每盘面比EAR值，以（P/D）为横座标，分别点出n、lp之曲线，求对应于效率最高气点的螺距比值（P/D)1，转速fioptl及最高效率qpl。(16）就对应于最佳转速的进速比：J=Va!D noptt (5 创作主化衡准。

22、再如5.1节求最好的凶R、nopt、（P/D）等。5.3巳姐姐速，求最佳直告及转速并主辄功率在新脂的初步设计中，有时只提出航速要求，主机尚未选定，故对螺旋桨的直径和转速都未作规定古这类问题的计算方法是先股定一系列转遣，对每转速按5.1节所述求出最佳直径f最后以效率最高者决定最佳桨的几何要索及螺旋桨的转速。计算表格如表4。为与表2对应，在表4上加一第0行，以记载选定的转速。从(1)到(15）硕的计算均与表2相同。06）（：别是把（13）到(1日琐的计算结果以盘西比EAR为横座标点出q肘，Doptt和（P/D)1曲线法最高的11pl求得DoPt2和fP/D)2.而最高的qpl撞则记作qp20 (2

23、1)（24）按所选系列给出的空化衡准资料判断空化状态。最后出(16卜(19）顶的结果，以转速为横座标作出曲线，以最高效率点确定螺旋桨的最佳转遮nope,P/D，汹R和qp，填表4的最后一栏，并参照（21)（24），对最终选定之桨作空化衡准，者主化形态不理想，可从（21）（21）的判断中选好的，m效率可能受损。6.空化螺旋浆的技术设计6.l螺旋桨类型的选择螺旋桨可分为元空化桨、空化桨和超空化桨。三类桨的叶切面形状相差很大。在技术设计前需判撞开用那种类型的桨为最好，作为挑选螺旋桨系列的根据。判别步骤如下：a 惶略地估算螺旋桨直径：1. 3854(Ps) 0 2 (6 . 1) (n)o_ a 式中

24、D一一螺旋桨直径，因；Pa一一轴功率，kW;n 一桨之转速，l/sob翅赂估算航速v.并计算进通：Va=0.5144Va (1-W刊（6. 2) c计算进遮比：J=ValnD (6 3) 15 . CB/Z 257-90 衷3螺旋桨最佳转遐计算qd 例俐也0: 悔。.st锁：-!Jr)Vs = 如Is夜）I Pc-（陆1),R= M r. a 1r= 1 Inst苦F吗r= h= F：俨iln=丁：了T三计算量助计算产品型号也k：时FD= (m)i zP;.- . ldr= ：；二什干二Ff平问i世！川主二址! ， 七t=tQ卜十寸十？一tJl 1 II r非仁卡；l二1二l1J l Pl l

25、 i _J 出：；：卡卜一一卡l6 l .V.矿山下了一一一一一计算蕾在柳叶叫结丁i J丁叫F1 : l Joc I ix,. H睡？何恤，. P 啤THb气电仪电E，ihu22”们aFA，5凰”内；11 qp雷FC - nD; nn. n,. T. Iczt-: 飞.PB)mm:;E皮：.n:i:i ffu! :ir h:n1阳：li.，窜作封）16 . IZ 257.90 表4螺旋桨最佳直径和转速的计算-产品型例， V.= 0.51440也l.v.: ti:搅：l.Pir= 制，R=(JI) l.= I V,.: ,q,.: , wt= , q.,: ,h.: -l ow的，。，如, ，.

26、： rt臼自1将 单位计 值植助计算n E跑 JJnD Ki（J七）Kt=ltsfJy i- -, 费佳直提与特速之f. ？内- 一一，- - 一-. - 一一10 月=VJqT ，喇II KT.泸T.KT - 12 T.=K13Pn于!t 且tt 一，15 p/D), 16 17 v且，u13 (P/D)z 19 FJl 室ft 街准3) J=VJ1也u自J陀22 JTC ZI J盹Jsc 最魏最果刨11.t =Lt= 、U-/1in)陀q.丰j陀. q”. q,. h . t: J陀P/D = ,= (Pa).，. Jnf 服”. t，.”乒Jae= n.t= (r/1inl J=VJnp

27、t . Doi.t= Pa =(Pa).,J Jsc= L7 15.8 29.: CB/Z 257.:.90 普通螺模来量佳芫闺0.6 07 0.8 0.9 I11 12 13 14 15 图5报据以上的J值及Vs，查图5即可知用什么类型之桨最佳。6.2空化螺旋桨的技术设计技术设计的计算过程按表5进行。3.0 2.0 cf 先假据设计任务书中给的原始数据及第四、五两章中所述的方法确定表头上所列的公用数据，但其中育两点需作说明：首先由于引入功率储备系数qw来表达可用功率对主机额定功率的比值，所以螺旋桨在设计转速下吸收的功摩应为：(6. 4) Po原为表达螺旋桨收到的功率.f!此处多了一个因子qw

28、，所以式（6.4）已非原定义的收到功率，但仍用Po表示；其次是按照此功率，螺旋桨的转矩为：IOOOPo 2n 式中Q一螺旋桨的转矩，N m; Po一一收到功率，kW;n 一转速，l/s。具体计算步骤如下：(6. 5) （！）根据6.1节确定选用的系列，在该系列中挑选几个盘面比F.AR值，填入表5的第一行各空格中。(2）在与估算航通Vs对应的空化数式（4.4）的前后取几？空化数，这些空化数都是系列资料中有的，以避免性能曲线对空化数的内插所带来的误差。(3）计算与所选对应的螺旋桨进速：叫坠气量！主：(66) 2p 18 CB/Z 257-90 襄5螺旋桨最佳直径与最大战踵的计算、扎ti里制，自:f

29、l时，.Prrfa h hi二. . : (kv) Q:. (lh, L:= 品,t: .-.= ，电；.：，可昌、iq.,:w= h.: 但），的，t.=ta= .l.= t1to = 搭# 单位诗J 也撞局诗 ,. 四. I 咽，.Jrs血，也WS filJD.51倒也ifas:忧p.+9墨11.a.）111f=zIJoJ: (a) “ 际.；h; q,. ,q,. q . : 踹zP1.=P.I陀 Jirc= J飞）r-= v.在SI锐比，皿CM岛is 、J.,: J 9 ,. Z、257创（计算对应的航速：v (6. 7) 0.51.钊（HIT),(5）对每一航速假定4-5个J值。(6

30、）按螺旋桨吸收的转棚计算实桨转矩系数：也13J b一一一（Va)!S （6. 8) (7）计算对应桨模的转矩系数：Ka喝a/eQC6 9) (8）在初锚的螺距比附近选择，几个系列资料中有的螺距比（P/D），在每个航速下填同一组伊D)o(9）(11)将（5卜的计算得到的每组也让点到所选出的桨模的扭矩特性曲线图上，联成曲线，求出t们的交点（空化数相同的两两相交）。读出交点的J值和对应的KT及J)p，填入表5之第9句11行各空格中。(12）计算实桨推力系数：KT已T.KT (6. 10) (13）计算实桨总有效推力：Te=ZP KTa 七中4(1-t)(6 ll) 着各桨主机功率，转速不同，各桨发出

31、的推力不致，则分别求出各自的有效推力，再相拥而得总有放推力。(14）实桨效率为n”二幻. Ip (6. 12) (15）(17）以（P/D）为参数，在阻力曲线图上作出与三个空化数对应的航速下的实桨总有效推力Te之曲线，它与阻力曲线的交点对应的航速就是用该螺距比（参数所指之值）之桨所能达到的航速。同样作出JV.,JJpeV，之曲线，对应于上述战速J和q阳就是用该螺距比之桨的设计进速比和实桨效率已从设计进速比J可计算螺旋桨直径。把与选定之螺距比对应的航速.v.及对应的J、rr”填表5的第(15）(17）行各空格中。(18）句（22）将上述图解法求得之结果，以P/D为横座标，分别作出V，、J、J)p

32、a对PIO的曲线，读出与航速最高点对应的（P/D),J, 11阳，把这最大航连v.、P/D、J、Tlpa填入表5的对应空格中。(23）计算与儿对应的空化致一一是（4.4) (24）（27）对所确定之桨做空化衡准。每个盘西重复上述计算，用图解法对盘西比作内擂，求出最大航速Vamax及与之对应最佳的螺旋桨儿简要素（各系列之间还可作比较），填表5的最后一栏的左面，并对其作空化衡准，看各几何要素选择是否妥当，并按空化型态判别实桨上是否存在空蚀现象，若有，则应接第C5节的建议采取预防措施。如所逃之最佳直径超过允许的最大直径，则用下节所述的程序计算。6.3按最大允许亘径设计空化螺旋桨本节所述的方法与62节

33、的方法基本相同，其中不同之处叙述如下。由于特迪、直径都已远远，每一船边只对应予一个进速比，计算过程大为简化。(1)（4）与第62节所述的步骤(1)句（相同。(5）拔给定转胁和最大允许直径it.）（撞计氟J:.: J=V.lnD- (6 13) 20 . 臼IZ25T-90 (6）按比J值计算实桨吸收的扭矩系数：也t3J lOOOPo b一一一（一）IS （其中Q一一一）(6 . 14) Va 2n (7）对应的桨模扭矩系数：K.a=Kc.己Q(6. 15) (8）在每一盘面比中选几个螺距比适中的桨模之性能曲线，读出与每一假定空化数及第（5）步算出的J对应的Kci值，以为参数，以PIO为横座标作

34、出Kia曲线，此线上纵座标与式（6. 15）算出来之Ka值相等的那一点就是在选定航速（与假定空化数对应）下能达到扭矩平衡的螺旋桨。都出这一点之KT及qp值。(9）按此KT值计算每个航速下螺旋桨的总有效推力：T.=Zp 己T KT P n2D-.x 4(1-t) (6 16) (lO) 在阻力曲线图上点出与每一航速对应的几、P/D、qp值（后二者的纵座标尺度另选），各自联席曲线。其中巳叶，之曲线与阻力曲线交点的横座标v.值就是所求得之航j室，与此对应的PIO, P分别为所求得的桨之螺距与效率。(11)对每一盘面比重复上述计算得到各盘面比下的h、PIO、qp，再对盘面比EAR作图解求得最大航速h及

35、对应的F.AR、P/D、HpO对所设计的桨作空化衡准。7.斜流中空化螺族桨的设计7.1 斜梳对空化螺旋桨性能的影响在斜流中工作的螺旋桨，其前进方向来流的速度Ve与桨袖中心线构成斜流角。当螺旋桨运转时所产生的与快速性有关的几个力如图6所示。现对这些力的作用分析如下。L= L,+ L2 图6铀向推力Te泪水平方向的分力为有效推力：Tat =T9 COS 9 在垂直方向的分力L1，是构成升力成份之一：L1=T0 sin 9 Vs 2l !l 257-90 竖力U泪水平方向的分力飞2，其方向与船速方向相反，可以归结为推力减额来处理。竖力在垂直方向的分力为b，构成升力成份之二。它们的数值为：Te2啕si

36、n0L2=Ucos 0 综上所述，斜流中螺旋桨的总有效推力：T.=T.1-Te2汀，cosS串usine (7. 1) 总升为为：L司，1+L2=1，sin0 +Ucos 0 (7. 2) z y la 10 ，、因7总升力将影响脂的航行纵倾及排水量，大多忽略这一点，对小艇而言，却要计及此项影响。在无斜流试验数据时，常用准定常方法估算斜流对空化螺旋桨的影响如图7示。座标系原点固定于桨盘面的中心上，X轴与桨铀中心线重合，y、z平面为桨盘西，其中z轴垂直向上。把前进方向的来流）虫度分解为抽向进流童度Va=V(lcos 9和垂直于桨铀方向的分量Vz=V8sin e。如图7(b），桨叶在某瞬间att的

37、转角位置为：lJJ =c.t=360nt , （。）；式中为桨叶旋转的角速度，再leVz分辉成切向分量ut=Vzeos啦V0sin 0 cos申和径向分量ur=V0sin 0 sin啦，忽略后者对螺旋桨性能的影响，则桨叶上在相对半径x:2r/D处的叶切面所跑到的来流速度有：轴向来流Va=VoCOS 0和切向来流Vt=nnxD - V0 sin0sinIJ。这就是指当于以转遣n1旋转于铀向流中的叶切面所遇到的来流，n1由下式确定：n1=nO半sin0cos申）瓦X式中n1一一斜流中螺旋桨的相当转速；Jo卢斜流中的名义进i宝颊，Jonu , O一一斜流角，（。）；22 (7. 3) : CBIZ

38、257-90 。一一桨叶在某瞬时t的相位角，。）；x = 2rlD一一梅对半径。由于阳为时伺t及相对半径x的函数，故为瞬时的局部变量。接准定常假设，在斜流角为8的斜流中，以转渤1旋转的螺旋桨叶切丽在瞬时t的水动力性能与在输向流中以转速h旋转的叶切面的水动力学性能相同，若用等价切西特性来代替整个桨叶的特性，就可得在斜流中工作的空化螺旋桨特性：1 r2 z一一l（二！.）2lh（，JI)!)dljl 2J 0 il 町，(7. 4) I r2咱z一一i（二！.)2Ka（，J,llJ: )d申2JO n u学(7. 5) 1 r2沉一一i( .!.!. ）嗖q（，Joi)dljl 2J 0 n Q

39、(7. 6) 式中KT由一一斜流中螺旋桨的轴向推力系数；Ka。一一斜沁中螺旋桨的扭矩系数；Kue一一斜流中螺旋桨的坚力系数比Jo=U/ p n2D; KT.a忡，Jo功）一一输向流中螺旋桨的推力、扭矩系数；一棚中的名义空化数，归（P.J, o.: 一斜流中等价切面的瞬时进速比其值为：J Jecos e oiti (1如山）根据上述、Jet，撞，从轴向流的空海特性曲线上查出KT忡，JOtl) . Ka （，J 81ll ）憧作为辅流中等价剖面的KT、lfu的瞬时筐，按式（7.4)(7. 6）可计算斜流中的KTO和Kao值。7.2空泡螺旋桨系列在斜流申的试验结果在中国船舶科学研究中心的大水筒中就空

40、泡螺旋桨系列中的部分模型作了斜流域验。试验中的抖流角。O。，5 10 , 13，空泡数弓，1.4,1.0, 0.8, 0.6, 0.4o试验中仅测量了桨的锚向推力和扭矩，来测横向力。故上节中介绍了准定常方法，必要时可惜以估算横向力。试验结果的表达方式与抽向流试验结果表达方式相同，需说明的是，计算进通系数和空泡数都是以水筒中的水速为特征遮度，所以得到的是上节中提到的名义进速系数和名义空泡数。为清除直角传动的动力仪阻塞影响，对水筒中的试验结果按激水中的斜流试验结果进行了修正，最后结果在附录B中。斜流试验结果表明，在无空泡或中等空泡扶态下Kte., Kae都随斜流角的增大商谱大，空泡严重时则棉反。在

41、越空泡状态下则受斜流角影响甚徽。斜流中各叶元体的进流角在每一转中存在周期性的变化。不论是左旋还是右旋，在对应于时针位置。点和6点的位置上，刽流引起的切向速度分量u=0，在此位置上的进速系数等于铀向流中的进遐系数。对右旋桨而言，桨叶经过时针3点钟的位置时，各切面的局部进速系数为最小，其值为：Jfl C凶。(Je。）.1n=1 (7. 7) (1什sine). ?3 . CB/Z 257” 90 故较之其应位置上tf.J桨叶，先产生背空化，窟空化也先消失。当此叶转到9点位置上时，各叶切面的局部进通系数最大：Je (J忡）max=Je cos0/ 0- -;x sin0) (7 8) 处于此位置上的

42、桨叶，西空化最先出现，但最后出现梢空化、背空化或全空化。对左旋桨而言，情况正好相反（图7(b）系左旋）。在斜流空化试验中观察空化现象时证实上述准定常方法的分析结论，故在校核斜流空泡桨上的空化时，在部空化衡准时采用（J81P ）.，在背空化衡准上采用（Jn)1111no 7.3 再流中空化螺捷桨的设计按表2到表5中的一种表格计算。其中的不同之处作些说明。在斜流空化桨的试验过程中，空化数和进速系数J都是以平行于水筒轴线方向的水流通为标准来汁值的，所以在用附录B来设计快艇空化螺旋桨过程中，对任何斜流角。都有U0 (7. 10) 空化数：进速系数。Pa_. P gha-Pv 1/2 p (0.51钊.

43、Va)2(7. 11) 0.5144Va J= (7. 12) nD 在附录B中给出的KTe值系轴向推力系数，由于在试验过程中没有测量横向力，所以无法按式(7. 1)计算精确的有效推力。引用拟似推力减额分数的方法来计算有效推力：T.=Ku P n2D(l-t) 其中t按式（3.8）计算。相关园子的取法已在第34节中作了说明，要求按图4(b）中的曲线取值。8.检查曲线与机牛桨配合8.1栓查曲线的计算与绘制在作检查曲线时，：船的阻力曲线和主锐的特性曲线（外特性曲线、限制特性曲线是已知的，要计算在每一指定转速（包括设计转速、巡航转涩、水翼艇的是飞转遮）下，螺旋桨所能产生的总有效推力和螺旋桨所消祀的功

44、率随航速的变化现律，分别绘制成曲线。检查曲线的计算可接表6进行，其具体计算过程如下：首先在表端填螺旋桨的几何要素和有关的原始数据，再按表列序号进行计算。(1)选定若干要计算其工况的主视转淫N仓min），其中应包括设计转速，巡航转速或水翼艇的起飞转速。(2）将主祝每分钟的转速化为每秒钟的转连：n拍160(3）（日对每一转速，般定三到四个空化数，按下式计算航速及进速Pa+ pgha-Pv 1/2 p v.=vjo.51440-WT) (8. 1) 为计算方便，上式中之伴流h可以认为是不随航踵而改变的常数，在低空化数时，因谱中所给. 24 ) CB/Z257-90 ？bu唱制旬且 .J! 巳缸司量

45、25 :z: 尊圈k回町、羹Ii:”“EHr Hhe . 啕占. 富3 胁唰喝t丛敏古忖剧创钮制组也34解CB/Z 257-90 的祖邻空化数对应的航淫相差太大，（3）（目的计算可以改成选定几个航速，计算对应的空化数。此时计算中出呱T、Ka对作内捕。(6）对各选定的转通，按（4）中算出的Va计算螺旋浆的进速系数：J=V.lnD (7）（8）于螺旋桨特性曲线上读出对应于上述、J的KT、Ka值。(9）(10）根据设计所用的资料（参看第4.4）节），从图4(a）或图4(h）中选取推力和扭矩相关因子已T和Q。(11)(12）计算实船推力系数KTafll扭矩系数Kc.:KTa己T.KT bQ lb (1

46、3）计算总苟效推力：T.=Zp. KTa p n2D4(1-t) (8. 2) 其中推力减额分数t可霞定不随船遣变化而变化。（：计算主机功率：2 n n KQa p n2D6 (8. 3) 101. 97 lT llrnat 把计算结果所得的T，和Pe以同一尺度的Va为横座标，分上、下方各作出组T.-v.和Pe叶，曲线（以转晦1为参数，在每根曲线上标上n值）。在T，V，图上（见图8），作出总阻力曲线Rv.，此线与每转速下的总推力曲线TaVa的交点之横座标值比就是当主机达到该转速时船能达到的航速。设计转速下的这宁值就是设计航速。可以检查船能否达到所要求的航速。过上述交点引平行于纵座标轴的直线，使

47、之与对应转速下的Pe-Va曲线相交，交点的纵座标值就是在此转速下螺旋桨消槌掉的主机输出功率，把这些交点用光顺的曲线连接起来就成为所设计的螺旋桨特性曲线。在每条Pe句Vs曲线上，点出按其n值在主机外特性曲线上读下的功率值，把PeV，曲线上的这种点用光恨的曲线连接起来，就成为外特性曲线。另一方面，过这些点引平行于纵座标铀的直线与对应转速下的T，V，曲线相交，交点纵座标就是在该转速下螺旋桨能发出的最大总有效推力。把这些点用光照曲线连接起来，就成为最大推力曲线。夕问守性曲线与螺旋桨特性曲线之差值就是各转速下的功率储备，而最大总有效推力曲线与总阻力曲线之间差值即为推力储备。以上作出的这些曲线组成检查曲线（图8），非但在设计阶段全面检查螺旋桨工作状态及机桨船三者的配合很有用，就是在试航过程中，对育些意外现象立时作出判断也有帮助。在多桨脂中，当停靠码头或作机动航行时常启