船舶阻力与推进课程设计报告书.docx
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船舶阻力与推进课程设计报告书
鲁东大学交通学院
船舶阻力与推进课程设计说明书
课程名称：
船舶原理
院（系）：
交通学院
专业：
船舶与海洋工程
班级：
船舶1002
学号：
20102814022
学生：
指导老师：
胡丽芬
2013年7月15日
1.船型主要参数…………………………………2
2.主机参数………………………………………2
3.推进因子的决定………………………………3
4.可以达到最大航速的计算……………………3
5.空泡校核………………………………………5
6.强度校核………………………………………7
7.螺距校核………………………………………9
8.敞水特性曲线的确定…………………………10
9.系柱特性计算…………………………………11
10.航行特性计算…………………………………12
11.螺旋桨计算总结………………………………14
1.船型主要参数
船型：
单桨，中机型渔船。
垂线间长Lpp=78m
型宽B=14m
型深H=8.8m
平均吃水Tm=6m
棱形系数Cp=0.735
排水体积▽=4973m3
排水量△=5097t
桨轴线中心距基线高Zp=2m
由模型试验提供的有效功率数据如下表；
航速
kn
10
11
12
13
有效功率PE/hp
压载
506
660
955
1453
满载
580
757
1094
1664
110%超载
638
832
1203
1830
2.主机参数
型号
主机功率MHP=1618kw（2200hp）
转速N=280r/min
螺旋桨材料Cu3镍铝青铜
旋向右旋
3．推进因子的决定
根据船型资料，单桨渔船,伴流分数w=0.77CP-0.28=0.286
根据经验公式，单桨渔船，推力减额分数t=0.77CP-0.30=0.266
取相对旋转效率中机型ηR=1.0
船身效率η=
=1.
4.可以达到最大航速的计算
采用MAU4叶桨图谱进行计算，取功率储备10％。
轴系效率ηS=0.97
螺旋桨敞水收到的马力：
PD=PSηSηR﹙1-10％﹚
=2200×0.97×1×0.9=1920.6hp
根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的
-δ列下表：
表一
项目
单位
数值
假定速度
kn
10
11
12
13
VA=（1-w）V
kn
7.14
7.854
8.568
9.282
Bp=NP0.5D/VA2.5
90.
70.982
57.105
46.749
（Bp）0.5
9.491
8.425
7.557
6.837
MAU4-40
δ
103
94
86
79
P/D
0.57
0.58
0.6
0.62
n0
0.46
0.488
0.518
0.545
PTE=PDn0ns
hp
908.223
963.506
1022.738
1076.047
MAU4-55
δ
102.2
93
85
77.5
P/D
0.595
0.615
0.635
0.665
n0
0.44
0.47
0.5
0.528
PTE=PDn0ns
hp
868.735
927.967
987.199
1042.482
MAU4-75
δ
101.5
92
84
76.5
P/D
0.605
0.625
0.645
0.675
n0
0.428
0.458
0.483
0.515
PTE=PDn0ns
hp
845.
904.274
953.634
1016.815
由上表一的计算结果可绘制PTE，δ，P/D及ηO对V的曲线如下
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及η0，数据如下
表二
MAU
Vmax/kn
P/D
δ
D/m
η0
4-40
11.829
0.572
87.28
2.633
0.529
4-55
11.731
0.606
87.06
2.604
0.509
4-70
11.637
0.617
86.89
2.578
0.490
5.空泡校核
按柏利尔空泡校核限界线中渔船下限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。
桨轴深度hS=T-ZP=6-2=4m
P0-PV=Pa+rhs-Pv=10330+1025×4－174=14256kgf/m2
计算温度为15℃PV=174kgf/m2PD=1920.6hpρ=104.63kgfs2/m4
空泡校核结果如下
表三
序号
项目
单位
数值
MAU4-40
MAU4-55
MAU4-70
1
P/D
0.572
0.606
0.617
2
η0
0.529
0.509
0.490
3
D
m
2.633
2.604
2.578
4
Vmax
kn
11.829
11.731
11.637
5
VA=0.5144Vmax（1-w）
m/s
4.345
4.309
4.274
6
Vt=（0.7πND/60）2
（m/s）2
730.105
714.111
699.922
7
（V0.7R）2=（VA）2+（Vt）2
（m/s）2
748.981
732.675
718.189
8
σ=（P0-Pv）/（0.5ρ（V0.7R）2）
0.364
0.372
0.379
9
τC（查图6-20）
0.126
0.132
0.
10
T=PDη075/VA
kgf
17536.421
17018.289
16508.675
11
AP=T/（0.5ρ（V0.7R）2τC）
m2
3.552
3.364
3.184
12
AE=AP/（1.067-0.229P/D）
m2
3.795
3.623
3.440
13
AE/A0=AE/（ΠD2/4）
0.697
0.680
0.659
由上表的结果作图如下
由上图可求得不发生空泡的最小盘面比与所对应的最佳螺旋桨要素如下
AE/A0=0.664P/D=O.616D=4.78mη0=0.494Vmax=11.659kn
6.强度校核
按2001年《规》校核t0.25R及t0.6R,应不小于按下式计算之值：
t=
Y=
X=
计算功率Ne=2200×0.97=2134hp
Ad=AE/A0=0.664P/D=O.616ε=100
G=7.6g/kgN=ne=280r/min
叶片最大宽度b0.66R=0.226DAd/（0.1Z）=0.226×2.584×0.664/0.4
=0.969m
b0.25R=0.7212b0.66R=0.699m
b0.25R=0.7212b0.66R=0.969m
强度校核计算如下表四
表四
项目
单位
数值
0.25R
0.6R
叶片最大宽度b0.66R=0.226DAd/（0.1Z）
m
0.969
0.969
弦长b
m
0.699
0.961
K1
634.000
207.000
K2
250.000
151.000
K3
1410.000
635.000
K4
4.000
34.000
D/P
1.623
1.623
D/P0.7
1.623
1.623
A1=（D/P）（K1-K2D/P0.7）+K3D/P0.7-K4
2655.344
934.945
Ne=0.97PD
hp
1862.982
1862.982
Y=1.36A1Ne/（Zbne）
8591.828
2201.350
K5
82.000
23.000
K6
34.000
12.000
K7
41.000
65.000
K8
380.000
330.000
Ad=AE/A0
0.664
0.664
ε=10o
度
10.000
10.000
A2=D/P（K5+K6ε）+K7ε+K8
1475.065
1212.143
材料系数K（Cu3镍铝青铜）
1.380
1.380
材料密度G（Cu3镍铝青铜）
g.cm-3
7.600
7.600
D
2.584
2.584
X=A2GAdN2D2/（1010Zb）
0.
0.
t=[Y（K-X）]0.5
mm
103.245
53.427
MAU标准螺旋桨厚度t,
mm
98.838
56.331
校核结果
不满足要求
满足要求
实取桨叶厚度
mm
103.4
59.4
各半径出实际桨叶厚度分布如下表五
表五
实际桨叶厚度
单位
数据
T1.0R=0.0035D
mm
9.044
T0.2R
mm
109.7
T0.3R
mm
97.1
T0.4R
mm
84.5
T0.5R
mm
71.9
T0.6R
mm
59.4
T0.7R
mm
46.8
T0.8R
mm
34.2
T0.9R
mm
21.6
7.螺距修正
根据尾轴直径大小，决定毂径比d/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。
由于实际桨叶厚度大于标准厚度，故需因厚度差异进行螺距修正。
设计桨（
）0.7R=
=0.04847
标准桨（
）0.7R=
=0.04576
1-s=
=
=
=0.5765
取AU4-55为基准桨
a
为基准螺旋桨展开面积比为0.55
a
=﹛1＋1.1[﹙
﹚
-﹙
﹚
]﹜×AE/A0
=AE/A0=0.664
Δ（
）0.7=［（
）0.7设-（
）0.7标×
]×0.75
=（0.0487-0.04576×
﹚×0.75=0.007925
Δ﹙
﹚
=-2﹙
﹚
﹙1-s﹚Δ﹙
﹚
=-2×0.616×0.5765×0.007925=-0.00563
修正后的螺距比：
=﹙
﹚
＋Δ﹙
﹚
=0.616-0.00563=0.610
8.敞水性征曲线之确定
由MAU4-55,MAU4-70,P/D=0.616的敞水性征曲线插得到MAU4-66.4，P/D=0.616的敞水性征曲线。
设计桨的敞水性征曲线数据如下
表六
J
0.0000
0.1000
0.2000
0.3000
0.4000
0.5000
0.6000
0.7000
MAU4-66.4
KT
0.2720
0.2460
0.2106
0.1775
0.1339
0.0848
0.0456
-
KQ
0.0276
0.0251
0.0215
0.0190
0.0151
0.0118
0.0073
0.0034
由上表的数据，绘出设计桨的敞水性征曲线如下图
9.系柱特性计算
由上图的J=0时，K
=0.272，K
=0.0276.
计算功率P
=220×0.97=2134hp
系柱推力减额分数取t
=0.04
主机转矩
Q=
=
=5919.03kgf·m
系柱推力
T=
=﹙0.272/0.0276﹚×﹙5919.03/2.584﹚
=22574.485kgf
螺旋桨转速
N=60
=253.083r/min
10.航行特性计算
取转速为280r/min,270r/min,260r/min进行计算，航行计算如下表7
项目
单位
数值
V
kn
10.0000
11.0000
12.0000
13.0000
VA=0.5144（1-w）V
m/s
3.6728
4.0401
4.4074
4.7747
N=280r/min
J=VA/nD
0.3046
0.3350
0.3655
0.3960
KT
0.1763
0.1644
0.1508
0.1359
KQ
0.0188
0.0177
0.0164
0.0152
PTE=KTρn2D4（1-t）V/145.6
hp
903.1123
925.8984
926.6563
904.9901
PS=KQ2πnρn2D5/（75ηSηR）
hp
1991.4396
1872.2381
1739.9175
1612.3932
N=270r/min
J=VA/nD
0.3159
0.3474
0.3790
0.4106
KT
0.1721
0.1590
0.1443
0.1284
KQ
0.0184
0.0172
0.0159
0.0147
PTE=KTρn2D4（1-t）V/145.6
hp
819.5655
832.8672
824.6957
795.0319
PS=KQ2πnρn2D5/（75ηSηR）
hp
1748.4138
1630.9084
1507.8377
1396.5302
N=260r/min
J=VA/nD
0.3280
0.3608
0.3936
0.4264
KT
0.1667
0.1525
0.1370
0.1206
KQ
0.0180
0.0166
0.0153
0.0142
PTE=KTρn2D4（1-t）V/145.6
hp
735.9595
740.7108
726.0917
692.2258
PS=KQ2πnρn2D5/（75ηSηR）
hp
1522.5114
1409.5655
1298.4266
1203.5520
把上表的计算结果绘制如下图
由上图可求得压载航行时可达最大航速约为V=11.934kn,主机马力为1748.6hp。
110％超载航行时可达最大航速约为V=11.35kn,主机马力为1825.8hp。
满载航行，N=280r/min时，可达最大航速为V=11.616kn,主机马力为1791.2hp,与设计要求基本一致。
12.螺旋桨计算总结
螺旋桨直径
2.584m
螺距比
P/D=0.61
型式
MAU
叶数
Z=4
盘面比
AE/AO=0.664
纵倾角
10O
螺旋桨效率
0.494
设计航速
Vmax=11.659kn
毂径比
dh/D=0.18
旋向
右旋
材料
Cu3镍铝青铜
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