54000t 散貨船螺旋槳設(shè)計(jì)計(jì)算及船機(jī)槳匹配性分析.docx

1、第二章船舶靜水阻力的計(jì)算2.1估算排水量由于未給出排水量，而估算船舶阻力必須用到排水量,因此，首先要將給定船的排水量算出來(lái)。在這里，我們采用水線面面積曲線來(lái)估算排水體積,根據(jù)在吃水d的水線面面積曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積，等于吃水d的排水體積因此，需要知道設(shè)計(jì)吃水以下的各個(gè)水線面的面積，再通過(guò)繪制水線面面積曲線,最終求得排水體積各個(gè)吃水水線面面積如下:BASELINE3495.9m2500WL4324.6m21000WL4594.9m22000WL4892.9m23000WL5048.9nr4000WL5160.2nr5000WL5256.4m26000WL5347.4m27000WL5434.7

2、m28000WL5520.6m29000WL5604.9nr1()()(X)WL5702.1nr11000WL5796.3m212000WL5828.2m2水線面面積曲線水線面面積曲線通過(guò)水線面面積曲線所得的排水體積為60361.9m3,因此，排水量為62173代接下來(lái)就可以進(jìn)行靜水阻力的估計(jì)了。2.2靜水阻力估算的一般方法船體在航行時(shí)會(huì)受到空氣阻力和水的反向作用力，這些力都是船舶的阻力。而當(dāng)整個(gè)船剛剛完成船體的初步初設(shè)計(jì)時(shí)還不能很好的使用該船的船體模型試驗(yàn)來(lái)得到阻力，這時(shí)候就能采用近似法來(lái)估算出航行的阻力。此外，在船舶的設(shè)計(jì)之初，主尺度以及一些基本參數(shù)初步確定后，要確定主機(jī)的功率，以及滿(mǎn)足船

3、舶設(shè)計(jì)速度要求，這樣有利于權(quán)衡各種方案。在對(duì)有些不做船型模擬實(shí)驗(yàn)的小船會(huì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中只能通過(guò)相近的方法來(lái)確定其阻力大小。所以這種估算船舶所受阻力的方法很具有使用性意義，能夠?yàn)槁菪龢某醪皆O(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)。上面提到了近似計(jì)算阻力在船舶設(shè)計(jì)中具有非常重要的地位，目前所整理和歸納的近似法也有很多種，大體上可以分為經(jīng)驗(yàn)公式、系列船模的各項(xiàng)資料還有母型船的船型數(shù)據(jù)這三種近似法。本設(shè)計(jì)中的54000t散貨船使用的是泰勒法估算阻力，通過(guò)參考“日本肥大型船系列”試驗(yàn)資料，這一系列具有低速、橫剖面呈U型等特點(diǎn)，裸船體有效功率數(shù)值比60系列略高。結(jié)果表明了，該方案適用于本設(shè)計(jì)中的散貨船。2.3泰勒法估算船舶阻力

4、的步驟泰勒法是一種常用的阻力估算的方法，其理論依據(jù)是大量的船體模型試驗(yàn)資料，雖然采用軍艦作為母型船，但由于其具有較為廣泛的適用性，所以同樣適用于普通商船及民用船舶。其具體方法如下：這里我們通過(guò)給定設(shè)計(jì)船的主尺度，采用的設(shè)計(jì)航速為14節(jié)，54000噸散貨船的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及尺度如下：型寬B'=32.26(m)設(shè)計(jì)吃水T*=11.5()(m)型深D=16.60(m)排水量A*=62172.8(t)總長(zhǎng)L*oa=199.98(m)設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)Uw=195.25(m)垂線間長(zhǎng)L'bp=192.00(m)槳軸中心高Zp=3.3(m)一、按照公式計(jì)算出所需的參數(shù)：CP=0.85B/T=2.8IV*

5、103/L3=8.5二、確定船的Cs：通過(guò)給定的B/T選取最相近的兩Cs圖。通過(guò)給定的菱形系數(shù)Cp和/!?值查到G值,之后對(duì)B/T內(nèi)插，求得標(biāo)準(zhǔn)船型的Cs。最終算得了Cs=2.064三、運(yùn)用所給公式計(jì)算G：通常情況下采用桑海公式先算出雷諾數(shù)，R*Vu=l.16*109之后算得C戶(hù)0.463l/(lgRe)26=1.5*103這里我們?nèi)f為0.4*10-3四、計(jì)算剩余阻力系數(shù)G值：根據(jù)B/T、Cp、/!?和Fr值，按照相應(yīng)的G圖譜，通過(guò)內(nèi)插法得到03.133*1()-3濕表面積S=8864.9(nr)五、計(jì)算總阻力Rv和有效功率Pe及有效馬力的值:總阻力系數(shù)Gs=G+CrbZC戶(hù)2.581*1

6、0；總阻力Rts=Gs*0.5*p*V2*S=608422.99(N)有效功率Pe=(Rts*V)/1000=4380.65(kW)有效馬力EHP=Pe/0.735=5874.47(hp)上面的計(jì)算都是取設(shè)計(jì)航速為14kn時(shí)算得的數(shù)據(jù)。我們需要求得航速12、13、14、15kn的有效功率，計(jì)算結(jié)果于下表2-1所Zpso海水密度取p=1025.91kg/m3海水運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)u=1.1883l*10-6m2/s表2-1泰勒法計(jì)算有效馬力序號(hào)項(xiàng)目假定航速1航速V(節(jié))121314152航速V(nVs)6.176.687.207.713傅汝德數(shù)Fi-V/畫(huà)0.1420.1540.1660.1784B/

7、T=2.25查表時(shí)0.202*10-30.310*10-30.620*10-31.020*10-35所得B/T=3.00時(shí)0.431*10-30.546W0.743*10-31.130W6實(shí)際B/T=2.63時(shí)剩余阻力系數(shù)Cr0.317*10。0.428*10-30.681*10-31.075*10;7雷諾數(shù)乙Vu1.00*1091.08*1091.16*1。91.25*1098摩擦阻力系數(shù)Cf1.53*10-31.52*10；1.50*10-31.49*10-39粗糙度附加值ct0.4*10-30.4*1030.4*10：0.4*10-310濕面積系數(shù)Cs2.6042.6042.6042.6

8、0411總阻力系數(shù)Gs2.247*10-32.348*10°2.581*10-32.965*10-312總阻力Rts(N)388978.88476434.98608422.99801467.7913有效功率Pe(kW)2400.003182.594380.656179.3214有效馬力EHP(hp)3218.404267.855874.478286.46151.15EHP伽余裕后)3701.164908.036755.649529.43本章關(guān)于船體阻力的估算與有效馬力計(jì)算己通過(guò)表2-1完成，為下面章節(jié)將要進(jìn)行的螺旋槳初步設(shè)計(jì)與終結(jié)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。2.4小結(jié)首先需知道設(shè)計(jì)船的有效馬力即

9、螺旋槳所需克服的阻力才能進(jìn)行螺旋槳的初步設(shè)計(jì)。這里由于未給出阻力值，所以我們采用泰勒法估算船舶所受的靜水阻力，根據(jù)設(shè)計(jì)船的主尺度及船型資料，這里我們將設(shè)計(jì)船歸納于日本肥大型船系列，適用于低速肥大型船，橫剖面呈U型，船體有效功率數(shù)值比60系列略高，然而泰勒法也有其局限性，該方法不能全面地考慮到各項(xiàng)要素對(duì)船舶的影響，理論體系也不夠系統(tǒng)徹底，仍有許多解釋不了的地方，這些是該方法的不足的地方。第三章螺旋槳設(shè)計(jì)3.1螺旋槳設(shè)計(jì)時(shí)考慮的問(wèn)題在螺旋槳的設(shè)計(jì)中，我們需要考慮諸多的要素，因?yàn)槁菪龢O(shè)計(jì)是一個(gè)需要考慮各種因素并從中找到一個(gè)最為折中的方案，有一點(diǎn)疏忽都會(huì)造成設(shè)計(jì)的失敗，其葉型、葉數(shù)、槳數(shù)、展開(kāi)面積、

10、轉(zhuǎn)速和直徑等都是相互作用影響的。有很多的外界因素會(huì)影響到螺旋槳的效率和性能，這些影響因素之間又會(huì)有相互影響，相互作用。有時(shí)候光光從一個(gè)問(wèn)題入手時(shí)往往會(huì)受到其他因素的影響與制約。所以，要想設(shè)計(jì)出合理的船用螺旋槳需要全面、完整地從各方面來(lái)考慮各個(gè)影響因素。下面我們就簡(jiǎn)單地討論一下這些因素會(huì)帶來(lái)怎么樣的影響，同時(shí)也給接下來(lái)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。3.1.1螺旋槳數(shù)目的選擇螺旋槳數(shù)目的多少會(huì)直接影響到螺旋槳的效率、船體的震動(dòng)還會(huì)影響到船的操控性，因此在選擇數(shù)目時(shí)這些因素要一起考慮進(jìn)去才能使得航行更加經(jīng)濟(jì)安全。然而，這些因素之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)矛盾現(xiàn)象，因此，需要根據(jù)各類(lèi)船舶特點(diǎn)的不同來(lái)選取合適的數(shù)目。在選擇螺旋槳

11、數(shù)FI時(shí)，我們可以參照母型船的螺旋槳數(shù)量來(lái)給設(shè)計(jì)船選出最為合適的螺旋槳數(shù)量。單槳船的推進(jìn)效率通常會(huì)比雙槳及以上的船舶推進(jìn)效率高出不少，就是在相同的主機(jī)功率情況下，在達(dá)到同一航速時(shí)，單槳船要比兩槳及以上船更為經(jīng)濟(jì)，因?yàn)閱螛际俏挥谖膊康闹醒氩课唬哂休^大的直徑，目前有許多的載貨型大型船舶都采用單個(gè)螺旋槳這一設(shè)計(jì)。所以，以上船舶往往都是適用單個(gè)螺旋槳來(lái)進(jìn)行推進(jìn)。由于現(xiàn)在人們對(duì)航速的要求越來(lái)越高，單個(gè)螺旋槳已經(jīng)不能滿(mǎn)足航速的要求，所以許多快速型船都采用雙槳設(shè)計(jì)。因?yàn)槎鄻男瘦^差，所以現(xiàn)在主要致力于研究船的尾部線性和螺旋槳安裝的位置來(lái)提高效率。采用雙槳設(shè)計(jì)的船舶通常是客船，因?yàn)榭痛诤叫袝r(shí)需要震動(dòng)

12、小速度快等特點(diǎn)，又因?yàn)殡p槳具有快速、小震動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，所以客船大都用雙螺旋槳，而江船對(duì)操縱有一定的要求，而且受到吃水深度的影響，所以，大多數(shù)江船也采用雙槳型，從而避免吃水限制和提高操縱（如申漢線大班客輪）。三槳及三槳以上有軍艦，因?yàn)檐娪门炌?duì)速度要求很高通常需要裝有四個(gè)螺旋槳，這種設(shè)計(jì)有利于提高軍艦的航行速度和操控性，這些特性能使能軍艦在作戰(zhàn)環(huán)境中更具有優(yōu)勢(shì)，這樣的設(shè)計(jì)方案能保證動(dòng)力系統(tǒng)壽命又能提高各種航行工況下的經(jīng)濟(jì)性。這里我們要對(duì)本課題中的54000t載重量的散貨船進(jìn)行螺旋槳設(shè)計(jì)，該船屬于海船，不要求過(guò)高的操控，屬于中低速船，再加上尾部的形狀特征，我們選用單螺旋槳設(shè)計(jì)。3.1.2螺旋槳葉數(shù)目的

13、選擇按照槳葉數(shù)目螺旋槳可分為以下幾類(lèi)：?jiǎn)稳~螺旋槳：這種槳型比較少見(jiàn)通常會(huì)用在競(jìng)速機(jī)上。雙葉螺旋槳：相比單葉槳較為常見(jiàn)并且效率高。三葉以上螺旋槳：只有在長(zhǎng)度受限時(shí)采用，缺的是效率低。從上面可知，螺旋槳葉數(shù)多少也對(duì)效率有著重要的影響，因此，在綜合考慮各種因素后需要確定一個(gè)合理的槳葉數(shù)目，這樣才能保證航行的安全與效率。通常情況下在具有同面積和直徑時(shí)，葉數(shù)少的推進(jìn)效率高，相反，葉數(shù)多的效率低。并且，通過(guò)選擇合理的葉數(shù)還能夠有效的避免共振，減少震動(dòng)帶來(lái)的隱患。通常情況下雙槳船一般選用用3葉槳或4葉槳，而高速軍艦則選3葉槳為宜。本課題所設(shè)計(jì)的54000t散貨船屬于較高載重的中低速船，考慮到對(duì)航速?zèng)]太多要求

14、且盡量避免震動(dòng)，因此槳葉數(shù)目選為5葉。3.1.3螺旋槳直徑的選取直徑的大小也是在諸多因素的權(quán)衡下而確定的，在展開(kāi)面積與螺旋槳葉數(shù)一定的情況下，直徑越大，效率越高。由于船體本身的形狀特性與螺旋槳的位置，直徑不能選取太大，當(dāng)直徑過(guò)大時(shí)還會(huì)影響到船舶的船身效率。那么該如何選定最為合適的直徑大?。窟@時(shí)，我們可以通過(guò)圖譜設(shè)計(jì)和母型船作為參照來(lái)選定大小最佳的螺旋槳直徑。另外還需要注意的是槳與船身間的間隙不能太小，否則易產(chǎn)生共振，對(duì)安全造成隱患。在540001散貨船螺旋槳設(shè)計(jì)的課題中，我們根據(jù)所給的相關(guān)資料與圖紙，參照母型船的特點(diǎn)，由漿軸中心高、機(jī)艙上部與螺旋槳的距離，從而確定了D應(yīng)該小于6.6m,所以本課

15、題中54000t散貨船的螺旋槳直徑初步取定為5.8m。3.1.4螺旋槳轉(zhuǎn)速的確定螺旋槳轉(zhuǎn)速的確定和前面一樣，也是通過(guò)綜合考慮諸多影響之后而確定的，在面積、直徑、槳葉數(shù)目相同的情況下，轉(zhuǎn)速低的效率高，反之亦然。在轉(zhuǎn)速的確定中要根據(jù)所給主機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行一個(gè)綜合的考究。一般來(lái)說(shuō),上面所提及的兩者要素是相互矛盾的，因?yàn)闄C(jī)器在以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)效率較高的，而螺旋槳轉(zhuǎn)速越快效率越低。由于船體自身的震動(dòng)，所以，選擇螺旋槳轉(zhuǎn)速需控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。螺旋槳的震動(dòng)頻率通常和主機(jī)的轉(zhuǎn)速n息息相關(guān)，如果螺旋槳的設(shè)計(jì)不合理或者不理想會(huì)產(chǎn)生較大地震動(dòng)，且震動(dòng)頻率與n一樣。有些時(shí)候船體航行時(shí)，尾部的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生

16、干擾力，這是候的干擾力頻率大小為Zn,Zn表示葉數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積。通常會(huì)有兩種類(lèi)型的共振作用在船體上：當(dāng)?shù)谝环N是主機(jī)和某輔機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)產(chǎn)生共振；而第二種是局部震動(dòng)，這樣的震動(dòng)一般只要在震源處增設(shè)一些加強(qiáng)構(gòu)件來(lái)避免，如加強(qiáng)筋、扶強(qiáng)材、支柱等。在根據(jù)螺旋槳的初步設(shè)計(jì)結(jié)束后，通過(guò)曲線所得到的最佳馬力和轉(zhuǎn)速后，選取轉(zhuǎn)速為N=l()().3r/min的主機(jī)，并且由于螺旋槳設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與主機(jī)持續(xù)的額定轉(zhuǎn)速較為接近，因此不需要選配減速齒輪箱。3.1.5槳葉輪廓和葉切面形狀在進(jìn)行槳葉形狀設(shè)計(jì)時(shí)通常可以忽略螺旋槳槳葉外形形狀對(duì)推進(jìn)性能的影響，大量實(shí)驗(yàn)表明了單槳葉外形接近橢圓形時(shí)是最佳的。因?yàn)槟壳皺E圓形的槳葉形狀十分適

17、合于用在槳葉會(huì)側(cè)傾的螺旋槳上。從葉切面形狀來(lái)看，目前的螺旋槳有機(jī)翼和弓形這兩種形狀。其各自都有著各自的特點(diǎn)，當(dāng)葉切面為弓形時(shí)，螺旋槳不易發(fā)生空泡現(xiàn)象，因?yàn)?，這種也切面形狀能夠使得分布在槳上了力很均勻，但是其缺點(diǎn)是效率較低。商船通常會(huì)采用機(jī)翼型的葉形。而弓形葉面通常會(huì)在軍用艦艇上，比一般的葉面寬且薄。這里我們采用圖譜法來(lái)設(shè)計(jì)螺旋槳，我們會(huì)通過(guò)圖譜中所需設(shè)計(jì)的螺旋槳的資料，再參照母型船的槳型，最終確定外形輪廓與切面形狀。從螺旋槳的兒何形狀來(lái)看，會(huì)發(fā)現(xiàn)槳葉等都會(huì)有一定程度的后傾，不同的槳后傾的角度不一樣，另外后傾角的存在并不會(huì)影響到螺旋槳的性能，反而適度的后傾的度可以增加船舶與槳之間的間隔，從震動(dòng)們

18、度上來(lái)說(shuō)可以減小震動(dòng)，然而后傾角的確定需要以母型船作為參考，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)船的尾部形狀來(lái)確定。根據(jù)所給設(shè)計(jì)船的船型的資料，在這里我們采用AU/MAU螺旋槳的規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)。3.2螺旋槳設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟及方法本課題主要討論散貨船的螺旋槳設(shè)計(jì)，這也是整個(gè)船體設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一步，設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到船舶安全性和經(jīng)濟(jì)性。上一章節(jié)我們通過(guò)泰勒法已經(jīng)估算得到了船舶在各個(gè)航速下的近似阻力，也通過(guò)阻力計(jì)算出了所對(duì)應(yīng)的有效馬力并成功地繪制出了馬力曲線，從而可以繪制船舶的有效馬力曲線。通過(guò)繪制的有效馬力曲線便可以確定螺旋槳最佳的轉(zhuǎn)速和主機(jī)的馬力從而既能達(dá)到預(yù)定的航速又能保證航行的經(jīng)濟(jì)性；在那之后我們以上面的結(jié)果作為參

19、考而選定主機(jī)，在按照主機(jī)給的額定馬力和轉(zhuǎn)速選擇最為經(jīng)濟(jì)且航速最高的螺旋槳。綜上所述，螺旋槳的設(shè)計(jì)實(shí)際上分兩部分：第一部分時(shí)初步設(shè)計(jì)，第二部分是終結(jié)設(shè)計(jì)。3.2.1螺旋槳初步設(shè)計(jì)方法我們先根據(jù)母型船確定設(shè)計(jì)航速，再由航速選定較為合適的槳，之后再通過(guò)在該航速下槳的轉(zhuǎn)速和有效馬力，并以此為依據(jù)選擇主機(jī)。下面是具體的步驟及方法：通過(guò)已知的Pe、V,再依據(jù)上面選定的D,來(lái)確定11、】0、P/D和Ps；(2)再通過(guò)已知的Pe、V以及n,確定槳的D、睥、P/D和Ps。我們還需確定傳送效率平、推力減額分?jǐn)?shù)t和伴流分?jǐn)?shù)co方可進(jìn)行設(shè)計(jì)，本船的rjs、t、cd如下：傳送效率qs=0.97推力減額分?jǐn)?shù)t=0.22伴

20、流分?jǐn)?shù)(0=0.35具體方法如下：通過(guò)之前的計(jì)算我們得到了有效馬力與各個(gè)速度，再依照之前所確定的螺旋槳直徑D即可確定螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速N,效率以及螺距比，最后還能得到主機(jī)馬力PSo根據(jù)以上小節(jié)所涉及的螺旋槳的各種參數(shù)的選定與計(jì)算，在這里我們選用盤(pán)面比為0.55并且葉數(shù)為5的螺旋槳。要先假定一組轉(zhuǎn)速，通過(guò)假定的轉(zhuǎn)速來(lái)求得各個(gè)轉(zhuǎn)速下的有效馬力，具體方法可由表3-1來(lái)表示。根據(jù)所提供的柴油機(jī)資料先選取一組轉(zhuǎn)速N,再根據(jù)螺旋槳初步設(shè)計(jì)的要求列出下表3-1：表3-1通過(guò)初步設(shè)計(jì)確定主機(jī)功率及轉(zhuǎn)速序號(hào)項(xiàng)目單位計(jì)算結(jié)果1螺旋槳直徑Din5.82r)n=(1-t)/(1-(0)1.23Va=V(1-(d)

21、kn9.14Pehp6755.645假定一組轉(zhuǎn)速Nr/min901001101201306直徑系數(shù)陸ND/Va57.463.770.176.582.97P/D0.8210.7500.7100.6800.6408no0.6000.5780.5420.5180.4959廂5.2235.8506.5507.2017.81010Pdhp5733.36049.89492.611645.913378.011Hs*nr0.970.970.970.970.9712Ps=Pd/(r)s*r|r)hp4850.66236.99786.212006.113791.813Pte=Pd*r)s*Trhp4722.358

22、68.39207.911296.612976.7運(yùn)用上表的計(jì)算結(jié)果，即所得到的馬力與有效馬力，建立坐標(biāo)軸，并通過(guò)以上數(shù)據(jù)畫(huà)出各個(gè)航速、各個(gè)轉(zhuǎn)速下的有效馬力曲線圖，其中橫坐標(biāo)為N縱坐標(biāo)為Pte和Ps,再用之前算得的有效馬力Pe大大小在坐標(biāo)上找出，并以該點(diǎn)做水平線，使得該線相較于Pte上，這時(shí)候的交點(diǎn)就是馬力的與轉(zhuǎn)速的大小，如果沒(méi)54000t散貨船螺旋槳設(shè)計(jì)計(jì)算及船機(jī)槳匹配性分析摘要螺旋槳(Propeller)是一種推進(jìn)器，它具有效率高、成本低、使用方便及構(gòu)造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，這使它成為了當(dāng)今船舶推進(jìn)的最主要最廣泛的推進(jìn)器。螺旋槳的設(shè)計(jì)和其性能計(jì)算是現(xiàn)在船舶動(dòng)力性能的重要計(jì)算內(nèi)容，同樣也是船舶設(shè)計(jì)學(xué)范疇

23、的一項(xiàng)非常重要的課題。本課題以54000t散貨船的螺旋槳設(shè)計(jì)為對(duì)象，按照AU/MAU螺旋槳圖譜設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法。首先根據(jù)己有設(shè)計(jì)船現(xiàn)有的主尺度及參數(shù)估算船舶靜水阻力，得到不同航速下的有效馬力，通過(guò)有效馬力初步設(shè)計(jì)螺旋槳。再根據(jù)螺旋槳的初步設(shè)計(jì)的結(jié)果選擇主機(jī)和齒輪箱，之后進(jìn)行終結(jié)設(shè)計(jì)，對(duì)所設(shè)計(jì)的螺旋槳進(jìn)行空泡校核并根據(jù)規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后對(duì)螺旋槳進(jìn)行航行性能分析及船-機(jī)-槳的匹配性分析。通過(guò)以上設(shè)計(jì)成功地設(shè)計(jì)出了54000t散貨船的螺旋槳，并且與主機(jī)具有良好的匹配性。關(guān)鍵詞：螺旋槳；船舶靜水阻力計(jì)算；螺旋槳設(shè)計(jì)；船-機(jī)-槳匹配性分析圖3-1所確定轉(zhuǎn)速計(jì)算及馬力從圖中讀到N=102.4r/min,

24、Ps=7150.6hp,通過(guò)所得的轉(zhuǎn)速與馬力選取主機(jī)為MAN6S50MCCB,持續(xù)額定功率為5355kw(7181hp),轉(zhuǎn)速為l()0.3r/min,由于轉(zhuǎn)速與主機(jī)轉(zhuǎn)速較為接近，因此不需要選用減速箱。螺旋槳能夠滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速的需求。綜上，可以確定主機(jī)馬力為7181hp,主機(jī)轉(zhuǎn)速及螺旋槳轉(zhuǎn)速為100.3r/min。當(dāng)以上設(shè)計(jì)完成后，螺旋槳的初步設(shè)計(jì)圓滿(mǎn)完成。3.2.2螺旋槳終結(jié)設(shè)計(jì)由螺旋槳的初步設(shè)計(jì)我們得到了轉(zhuǎn)速N及主機(jī)馬力Ps,并選購(gòu)了主機(jī)，接下來(lái)我們將通過(guò)初步設(shè)計(jì)所得到的結(jié)果己經(jīng)主機(jī)己知的功率與轉(zhuǎn)速開(kāi)始進(jìn)行螺旋槳的終結(jié)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過(guò)己知Ps、V以及N,確定槳的D、n。、P/D和Ps。一下為設(shè)計(jì)

25、步驟：主機(jī)持續(xù)額定功率5355kW主機(jī)額定轉(zhuǎn)速100.3r/min螺旋槳設(shè)計(jì)結(jié)果:螺旋槳數(shù)目螺旋槳旋向右旋最大限制直徑6m船舶吃水T11.5m螺旋槳葉數(shù)Np5材料密度G=7.6g/cm3槳葉材料鋁鐐青銅槳軸距基線高度Zp3.3m伴流分?jǐn)?shù)o)=0.35推力減額t=0.22軸系效率qs=0.97船身效率r|H=1.2相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率tr=1計(jì)算最為合理的航速：螺旋槳敞水收到的馬力Pd=7181.6*0.9氣）.97*1=6269.54hp根據(jù)上述計(jì)算所得相關(guān)有效數(shù)據(jù)按下表計(jì)算自由航行工況：（圖表見(jiàn)下頁(yè)）表3-4自由航行工況設(shè)計(jì)計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目單位航速1VsKn121314152VA=Vs(l-a)Kn7.

26、808.459.109.753Va25169.92207.56249.81296.834Bp=46.7338.2631.7926.75N*pDl/2/VA2.556.846.195.645.17P/D0.6900.7050.7460.760no0.5310.5620.5860.605573.867.863.059.06AU5-D=8Va/Nin5.745.715.725.7450Pte=Pd*kW4570.224842.325049.125215.82P/D0.7480.7700.810.841no0.5240.5530.5780.604871.966.060.856.27AU5-D=6Va/

27、Nin5.595.565.525.4665Pte=Pd*kW4515.794764.784980.195205.22r|HWP/D0.750.7800.8150.850no0.5230.5450.5690.5918MAU869.063.858.654.05-80D=8Va/Nm5.375.375.325.25Pte=Pd*kW4506.294690.854902.645092.20根據(jù)表3-4的結(jié)果，可繪制圖3-2,可從圖中得到能夠避免空泡的最小盤(pán)面比及對(duì)應(yīng)的最佳螺旋槳要素（見(jiàn)下頁(yè)）:表3-5照上圖所得的最佳要素按圖設(shè)計(jì)計(jì)算的最佳要素AU/MAUVsP/DDHo8AU5-5013.480.72

28、55.7H0.57565.33AU5-6513.420.7865.5450.56463.69MA15-8013.360.7925.3570.55461.87依照表3-5的結(jié)果來(lái)空泡校核:之后我們?cè)偻ㄟ^(guò)查取限界限并計(jì)算最佳的展開(kāi)面比例。漿軸沉深hs=T-ZP=11.5-3.3=8.2mp）-p=pa+yhs-pv=10330+1025*8.2-174=18561kgf/m2計(jì)算溫度t=15°Cpv=174kgf/m2Pd=6269.54hpp=104.63kgf*s2/m4可以通過(guò)下表3-6計(jì)算空泡校核的結(jié)果：表3-6空泡校核結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目單位AU5-5OAU5-65MAU5-801Vs

29、kn13.4813.4213.362Dm5.7115.5455.3573P/D0.7250.7860.7924no0.5750.5640.5545Va=0.5144Vs*(1-(d)m/s4.514.494.476(0.7n*(N/60)*D)2(m/s)2440.78401.56387.837Vo.7R2=VA2+(0.7n*(N/60)(m/s)2461.12421.72407.818l/2*pVo.7R224123.4922062.2821334.5896o.7R=(po-Pv)/(l/2*pV0.7R2)0.7690.8410.87010Tc（查曲線圖）0.2450.2750.2901

30、1TKg68671.167657.466755.112Ap=T/(Tc，l/2*pVo.7R2)m211.8611.7911.5913Ae=AP/(1.067-0.229P/D)nr13.1613.2913.0914Ao=l/4*nD2m225.6223.3422.5415Ae/Ao0.5140.5690.581根據(jù)表格3-6計(jì)算結(jié)果做出下圖3-3（見(jiàn)下頁(yè)）:13.50.50.50.650.813.3P/D一/noAe/AoD0.6圖3-3盤(pán)面比有效曲線詳細(xì)參數(shù)為：D=5.68mno=O.5734P/D=0.738Vs=13.47knAe/Ao=0.525再進(jìn)行了空泡校核后還需對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核：

31、根據(jù)規(guī)范我們需要校核IO.6R及035R，兩者大小不應(yīng)小于下列計(jì)算的大小:t=J(Y/(K-X)(mm)由之前的討論可知，本設(shè)計(jì)采用AU葉系列圖譜為宜，后傾角取8=10°,因此，對(duì)P/D=0.738的工況進(jìn)行計(jì)算即可。計(jì)算按下表進(jìn)行：計(jì)算功率Ne=PsnGis=6966.2hpAd=Ae/Ao=O.525P/D=0.722£=10。G=7.6g/cm3N=ne=100.3r/minZ=5bo.66R=O.226DAd/(O.1Z)=0.226x5.68x0.525/(0.1x5)=1.3479mb().25R=0.7212bo.66R=O.7212x1.6848=0.972

32、1mbo.6R=O.991lbo.66R=O.9911x1.6848=1.3359m我們將計(jì)算結(jié)果做出下列表格：表3-7強(qiáng)度校核表項(xiàng)目單位結(jié)果0.25R0.6R弦長(zhǎng)bm0.97211.33590.7R處D/PD/Po.71.3551.355D/P1.3551.355Ki634207k2查表250151k31410635k4434Ai=D/P(Ki-K2D/Po.7)+K3D/P0.7-K42306.61829.67Y=1.36A1Ne/(Zbnc)44825.7132618.51k58223k6查表3412k74165Ks380330A2=D/P(K.5+K6£)+K7£+

33、Ks1361.811173.77材料系數(shù)K（鋁鐐青銅）1.1791.179X=A2GAdN2D3/(IOloZb)0.2060.129t=Y/(K-X)lt2mm214.6176.3MAU標(biāo)準(zhǔn)漿葉厚度rmm217.3123.8校核結(jié)果滿(mǎn)足要求不滿(mǎn)足要求實(shí)取漿葉厚度mm217115.7實(shí)際槳葉厚度按ti.oR=0.0035D=19.88mm與to.25R=217mm連直線如圖3-4決定:to.2=231.5mmto.3=2O2,5mmto.4=173.6mmto.4=173.6mmto.5=144.7mmto.6=l15.7mmto.6=l15.7mmto.7=86.8mmto.8=57.9mm

34、to.8=57.9mmto.9=28.9mm320280-240200-160r12080-40丁£xiiii0.20.40.60.81.0R圖34葉厚分布曲線進(jìn)行螺距修正：通過(guò)設(shè)計(jì)船型的尾軸直徑，決定轂徑比dh/D=0.18,此值與MAU槳標(biāo)準(zhǔn)轂徑比相同，故對(duì)此項(xiàng)無(wú)需修正。由于實(shí)際槳葉厚度小于AU槳標(biāo)準(zhǔn)厚度，故需因厚度差異進(jìn)行螺距修正。設(shè)計(jì)槳(t/b)o.7R=O.O868/(O.9964x1.3479)=0.0646標(biāo)準(zhǔn)槳(t/b)o.7R=O.0171D/(0.9964x0.31075D)=0.055231.s=Va/NP=(1-w)Vx30.866/(NP)=0.65x13.

35、47x30.866/(100.3x4.19)=0.643A(t/b)o.7=(t/b)o.7沒(méi)(t/b)o.7標(biāo)x0.55/0.544x0.75=0.00657A(P/D)t=-2(P/D)o(l-s)A(t/b)o.7R=2x0.738x0.643x0.00657=0.00624修正后的螺距比P/D=(P/D)O+A(P/D)t=0.738+0.00624=0.7442重量及慣性矩計(jì)算：根據(jù)MAU槳切面的面積數(shù)據(jù)用我國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)院提出的的公式槳葉重量及慣性矩的計(jì)算如下：槳葉重量：Gbi=O.169yZbmax(O.5to.2+to.6)(l-dh/D)D=0.169x7600x4x1

36、.3479x(0.5x0.232+0.116)x(1-0.18)x5.68=7482.87kgfdt=dh/2=511.2mmLK=2.5xdt=2.5x511.2=1278(mm)=1.278mdo=O.O45+O.108(Pd/N)u3-KLk/2=0.045+0.108x(6269.54/1OO.3)U3_(1/15)x1.278/2=0.431m注：錐度K取1/15漿轂重量：Gn=(0.88-0.6do/dh)LKYdh2(kgf)=(0.88-0.6x0.431/1.02)x1.278x7600x1.022=6330.61kgf螺旋槳重量：G=Gbi+Gn=7482.87+6330.

37、61=13813.48kgf螺旋槳慣性矩：當(dāng)dh/D=0.18時(shí)：Imp=0.0948yZbmax(O.5to.2+to,6)D3=0.0948x7600x5x1.3479x(0.5x0.2315+0.1157)x5.683=205945.26kgf*cm*s2敞水性能性能曲線的確定：由AU5-50,AU5-65,P/D=0.738的敞水性能曲線內(nèi)插得到AU5-52.5,P/D=0.738的敞水性征曲線(見(jiàn)下頁(yè))：KT,10KQ0.10.20.30.40.50.60.7j圖3-5敞水性能曲線表3-8設(shè)計(jì)漿的敞水?dāng)?shù)據(jù)表J00.10.20.30.40.50.60.7Kr0.340.320.290.

38、260.220.180.140.08Ku0.0390.0360.0330.0300.0270.0240.0200.015系柱特性計(jì)算：由上表得J=0時(shí)，Kt=0.34Kq=0.039計(jì)算功率PD=7181.6x0.97=6966.2系柱推力減額分?jǐn)?shù)取to=O.O4,主機(jī)轉(zhuǎn)矩Q=(Pdx60x75)/(2ttxN)=6966.2x60x75/(2x3.14x100.3)=49767.735kgf.m系柱推力：T=(KtQ)/(KqD)=0.34x49767.735/(0.039x5.68)=70544.731kgf螺旋槳轉(zhuǎn)速：N=60xT/(pD4KT)J,/2=60x70544.731/(10

39、4.63x5.684x0.34)1/2=82.8r/min下面進(jìn)行航行特性計(jì)算，航行特性計(jì)算由表3-9所示表3-9為航行特性計(jì)算表項(xiàng)目單位數(shù)值kn1213141516Va=0.5144(1-w)Vm/s4.014.354.685.025.35J=VA/nD0.4230.4590.4930.5290.564N=100.3r/Ki-0.210.20.180.170.16minKq0.0260.0250.0240.0230.022n=1.67r/sPTE=KTpn2D4(1-t)V/145.6hp410042304KX)41494165Ps=KQ27cnpn2D5/75is*nRhp64696221

40、597257235474J=VA/nD0.4680.5070.5460.5850.624N=90.3r/miKr0.190.180.160.150.13nKq0.0250.0240.0220.0210.019n=l.5Ir/sPTE=KTpn2D4(l-t)V/145.6hp30333113297929932767Ps=KQ2Tinpn2D5/75qR*r|Rhp45984415404738633495J=VA/nD0.5270.5720.6150.660.703N=80.3r/miKt0.170.150.130.110.08nKq0.0230.0210.0190.0170.015r=1.34

41、r/sPTE=KTpn2D4(l-t)V/145.6hp21372043190717291341PJ,=KQ27tnpn2D5/75r|R*TRhp29572699244221851928由上圖可知，110%超滿(mǎn)載航行時(shí)可達(dá)最大航速約為V=12.5kn,主機(jī)馬力為6453hp。滿(mǎn)載航行時(shí)可達(dá)最大航速成約為V=13kn,主機(jī)馬力為6254hp,與設(shè)計(jì)的要求基本一致。綜上個(gè)步驟計(jì)算可得螺旋槳設(shè)計(jì)總結(jié):螺旋槳型式螺旋槳直徑螺距比葉數(shù)盤(pán)面比AU系列D=5.68mP/D=0.7442Z=5Ac/A（）=0.525縱傾角8=10°螺旋槳效率r|o=0.0.5734設(shè)計(jì)航速Vmax=13.47Ki

42、i轂徑比dh/D=0.18旋向右旋材料鋁鐐青銅重量13813.48kgf慣性矩205945.26kgf*cm*s3.3小結(jié)通過(guò)本課題對(duì)于螺旋槳的設(shè)計(jì)，具體到每一個(gè)步驟可以反映出了螺旋槳設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合考慮各種因素的過(guò)程，在設(shè)計(jì)時(shí)我們需要充分地考慮各種因素之間的影響，其中包括了螺旋槳轉(zhuǎn)速、直徑、葉數(shù)以及形狀等，我們?cè)诮鉀Q一種問(wèn)題是常常也會(huì)牽連到其他的問(wèn)題。這就需要我們要具有把多種問(wèn)題聯(lián)系在一起來(lái)考慮的能力，而不是簡(jiǎn)單的將某個(gè)問(wèn)題拿出來(lái)單獨(dú)考慮。螺旋槳的設(shè)計(jì)也是整船設(shè)計(jì)至關(guān)重要的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。首先通過(guò)所繪制的有效馬力曲線來(lái)確定出能夠具有最佳效率的螺旋槳，以既該槳所能達(dá)到的預(yù)定航速，再來(lái)就是要保證所需的馬

43、力最??；再來(lái)確定主機(jī)，并在主機(jī)的轉(zhuǎn)速與馬力給定的情況下設(shè)計(jì)出一個(gè)效率最佳的螺旋槳。本章節(jié)通過(guò)用圖譜法設(shè)計(jì)的540001散貨船的螺旋槳，并且我們通過(guò)初步設(shè)計(jì)與終結(jié)設(shè)計(jì)最終確定了螺旋槳的各項(xiàng)性能參數(shù)，最后通過(guò)航行特性的計(jì)算得到航行特性曲線，這使得下一章節(jié)的匹配性分析有了有力的數(shù)據(jù)資料依據(jù)。第四章機(jī)槳匹配性分析4.1總體探究上面的章節(jié)是船舶在特定情況下設(shè)計(jì)的具有最佳效率的螺旋槳，是對(duì)一般的船舶滿(mǎn)載時(shí)以主機(jī)持續(xù)工作轉(zhuǎn)速及航行速度即正常航行的情況。從中可以看出，船舶在以設(shè)計(jì)航速進(jìn)行航行時(shí)，其主機(jī)與螺旋槳具有較好的匹配性，旦螺旋槳具有最佳的效率。然而實(shí)際航行中船舶的航行狀態(tài)常常水外界環(huán)境的變化而發(fā)生改變比

44、如風(fēng)浪等惡劣天氣等，從而會(huì)使得船舶航行時(shí)所受到的阻力發(fā)生變化，最終會(huì)使得航行速度、主機(jī)的工作功率、轉(zhuǎn)速以及螺旋槳的工作情況發(fā)生改變。船舶上的螺旋槳和主機(jī)是以一種復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)相連。船舶機(jī)械能的發(fā)生通過(guò)主機(jī)來(lái)完成，而螺旋槳將主機(jī)發(fā)出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槭沟么扒斑M(jìn)的推力，螺旋槳所做的推力用來(lái)抵消船舶的阻力。那么，三者之間能量轉(zhuǎn)換及工作關(guān)系我們便一目了然。它們之間相互牽制和協(xié)調(diào)，整個(gè)船舶的以和諧地運(yùn)動(dòng)。當(dāng)船舶的速度一定并且處于直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，機(jī)槳之間有下列關(guān)系：(1) 運(yùn)動(dòng)學(xué)：N槳=N機(jī)；(2) 動(dòng)力學(xué)：Q槳二Q機(jī)。如果設(shè)計(jì)時(shí)存在減速齒輪，上述關(guān)系加入傳動(dòng)比即可。同樣，船槳關(guān)系如下：(1) 運(yùn)動(dòng)學(xué)：槳的進(jìn)

45、速和船舶的速度關(guān)系為：VA=V(l-w)；(2) 動(dòng)力學(xué)：T槳(1-t)=R船。我們來(lái)看看主機(jī)隨船舶航行速度的變化而帶來(lái)的變化。當(dāng)船舶在啟航時(shí)，V=0,R=(),主機(jī)在一定速度驅(qū)動(dòng)螺旋槳，螺旋槳推進(jìn)系數(shù)J=0,加速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。隨后，當(dāng)航行速度漸漸增加時(shí)，阻力也將漸漸變大，螺桿速度系數(shù)增加。當(dāng)速度保持不變，推力系數(shù)略有增加，如推力速度可能會(huì)繼續(xù)增加。V船與N槳關(guān)系一定時(shí)，當(dāng)阻力被螺旋槳的推力所克服時(shí),Q槳能夠被主機(jī)提供的力矩所中和，達(dá)到一種平衡狀態(tài)，此時(shí)船舶會(huì)勻速前進(jìn)，螺旋槳也在恒定的進(jìn)速系數(shù)下轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋槳可以說(shuō)是主機(jī)制動(dòng)機(jī)制，當(dāng)一個(gè)特定的速度增加的速度螺旋槳,螺旋槳的推進(jìn)系數(shù)會(huì)降低，所

46、以推力和轉(zhuǎn)矩也相對(duì)增加。因此,增加主機(jī)上的轉(zhuǎn)矩的提供,其轉(zhuǎn)動(dòng)速度將不會(huì)增加。航海過(guò)程中，機(jī)身馬力下降，螺旋槳轉(zhuǎn)速，推以及船舶速度將會(huì)下降,這是將達(dá)到另外一種平衡，也就是船速和轉(zhuǎn)速的達(dá)到了平衡。排水量為不變的情況下,一般低速船的R和船舶的v近似是R=&V*V,即有效馬力與V3的比例關(guān)系。此時(shí)若V船發(fā)生變化，而w,t,相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率不變時(shí)，固定Va=&T2o當(dāng)保持排水量為一個(gè)恒定值得時(shí)候，大致有以下關(guān)系：P機(jī)二&V船。上述的若干關(guān)系能用下面的圖像清晰地表述，在此就不贅述了。通常情況下，一般的低速船在排水量不變的情況下阻力和船速V近似成平方關(guān)系，有效馬力Pc與速度的三次方V3成

47、比例。假若推力減額t、伴流系數(shù)(0和相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率耶不隨船速的變化而變化的話，進(jìn)速Va與螺旋槳推力T成二次方關(guān)系。根據(jù)螺旋槳的比較定律可以知道，若進(jìn)速系數(shù)J值相同則會(huì)符合這種關(guān)系，因此，普通低速船在保持排水量不變的情況下以不同馬力航行時(shí)主機(jī)的轉(zhuǎn)速近似與船速V成比例，主機(jī)馬力則近似與轉(zhuǎn)速的三次方V3成比例。換而言之,不同轉(zhuǎn)速下的螺旋槳在工作時(shí)所需要的主機(jī)功率近似與轉(zhuǎn)速的三次方"成正比,而通常這種Ps-n3曲線被稱(chēng)為“推進(jìn)特性曲線”。但有些其他類(lèi)型的船舶，其所受到的阻力不一定與V?成比例，所以具體情況應(yīng)具體分析。我們?cè)诳纯赐獠孔枇κ芡饨绛h(huán)境影響時(shí)螺旋槳的工作狀況。假設(shè)螺旋槳如下圖所示在給定

48、轉(zhuǎn)速和主機(jī)馬力螺旋槳的工作情況。這時(shí)候螺旋槳的轉(zhuǎn)速為n=N/60,螺旋槳所吸收的轉(zhuǎn)矩為Q,并發(fā)出大小為T(mén)=R/(l-t)的推力，當(dāng)船舶達(dá)到的航速為V時(shí)螺旋槳的進(jìn)度為VA=V(l-w),可以看到螺旋槳的工作的點(diǎn)在進(jìn)速系數(shù)J=VA/nD處，見(jiàn)圖4-1(a)(b)(c)。4-圖q£d(l圖4-1(c)圖4-1(a)、(b)、(c)螺旋槳在阻力變化時(shí)的工作情況第一種：風(fēng)浪、污底等特殊外部航行環(huán)境使得船舶所受的阻力增大，由圖可以看出:R=T(1-t),故T(1-t)<R2,此時(shí)V船明顯變小。此時(shí)：(1) 當(dāng)主機(jī)的轉(zhuǎn)速保持常數(shù)不變的情況下，從圖中看出隨著螺旋槳的轉(zhuǎn)速VA漸漸變小時(shí)，其進(jìn)速系

49、數(shù)J也是隨著變小的，根據(jù)相關(guān)公式得到KT、KT均變大。當(dāng)V=V2時(shí)，J=J2o根據(jù)推力公式T2=pn2DA4KT2=R2/(l-t)o由此我們得到：KQ2>KQ,故Q2=pn2DA5KQ2>Qo以上分析可以得出：當(dāng)R變小時(shí)，N主機(jī)不變，必須要Q2>Q才能滿(mǎn)足。(2) 若Q機(jī)達(dá)到了其本身的極限，我們換個(gè)思路改變n(主機(jī))，使Q2,=K,Q2pn22DA5=Qo由于T2,<T2,故V2，<V2,繼續(xù)使V船變小。當(dāng)R船變大時(shí)，若Q己經(jīng)達(dá)到極限時(shí)，那么螺旋槳將不得不減小轉(zhuǎn)速，此時(shí)主機(jī)Q=Qmax,這時(shí)螺旋槳處于“重裁”狀態(tài)工作。船舶在不盡相同的工況下航行，船-機(jī)-槳三者之

50、間關(guān)系復(fù)雜。他們之間循環(huán)因果，相互影響。以下是對(duì)于三者之間的匹配若干總結(jié)：1.不同N槳時(shí)的V船和N機(jī)；2.當(dāng)外界條件影響船舶所受的阻力時(shí)，螺旋槳轉(zhuǎn)速和主機(jī)馬力以及船舶能夠達(dá)到的最大航速；3.在只有其中若干個(gè)(不是全部)螺旋槳工作的情況下，其螺旋槳轉(zhuǎn)速及主機(jī)馬力情況，此情況針對(duì)于多個(gè)螺旋槳的船舶；4.工況不同情況下的螺旋槳。第二種：壓載航行時(shí)船舶的航速無(wú)疑會(huì)吃水減少，R隨之降低，我們可以在如圖所示的阻力曲線中讀出相關(guān)信息。我們知道R=T(I-t)，那么可得T(1-t)>R1,顯然船舶此時(shí)有一個(gè)加速度。則：(1)當(dāng)主機(jī)的轉(zhuǎn)速保持常數(shù)不變的情況下，J會(huì)隨著VA的增大而增大，根據(jù)相關(guān)的公式又可以

51、知道KT和KQ均會(huì)變小。對(duì)應(yīng)的，當(dāng)V=Vl,J=Jlo根據(jù)公式,推力Tl=KTIpn2DA4=Rl/(l-t)o此時(shí)我們可以看出：KQlvKQ,故Ql=KQ1pn2DA5<Q（Q為主機(jī)在轉(zhuǎn)速n時(shí)所能提供的轉(zhuǎn)矩）。結(jié)論：R船變小時(shí)，主機(jī)若是維持現(xiàn)狀不變的話，那么只能利用部分主機(jī)的功率,這是稱(chēng)作主機(jī)的輕載狀態(tài)。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速不固定并且能夠增大時(shí)，J1將會(huì)維持一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值，當(dāng)轉(zhuǎn)速由n變成nl,我們近似得到一下關(guān)系：KQ1=K'Q1J1=J顯然nl>n,那么Q>Q1,又Q1，=Q'此時(shí)二者之間形成一種平衡。1T>T1,使vr>vi,這就可以分析出：當(dāng)R船降

52、低時(shí)，N機(jī)能夠變大的情況下，則V船變大。4.2船體和主機(jī)的匹配性分析在前面的螺旋槳終結(jié)設(shè)計(jì)中己得到船舶的航行特性曲線，如下圖4-2所示（見(jiàn)下頁(yè)）：該圖表示了不同的裝載情況在不同的轉(zhuǎn)速時(shí)可達(dá)到的航速。從圖4-2可得到:在滿(mǎn)載航行的條件下，N=100.3r/min,航速V=13kn,所需推進(jìn)馬力馬力PTE=6254hp,空泡校核及強(qiáng)度校核證明與設(shè)計(jì)基本一致;N=100.3r/min,航速V=13kn,主機(jī)設(shè)計(jì)所需總的主機(jī)馬力為Ps=7150.6hp,由此可知，在相同的航行狀態(tài)下，由于主機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而引起航速V和主機(jī)馬力Ps的變化。4.3主機(jī)和螺旋槳的匹配性分析通過(guò)所給的資料并得到主機(jī)的特性曲線：額

53、定功率為5408kw時(shí)主機(jī)額定轉(zhuǎn)速N=100.3r/min,由以上數(shù)據(jù)就可畫(huà)出主機(jī)額定功率外的特性曲線，之后可得到過(guò)載時(shí)的主機(jī)工作的特性曲線，又知道主機(jī)通常情況下的儲(chǔ)備功率一般10%,之后即可得到設(shè)計(jì)功率以外的特性曲線，最后再根據(jù)主機(jī)功率的30%的值可得到最小功率外的特性曲線。根據(jù)在螺旋槳設(shè)計(jì)最后所得到的船舶航行特性曲線，在原曲線上本來(lái)橫坐標(biāo)是航速V(kn)，但為了畫(huà)出主機(jī)的特性曲線，要將在某轉(zhuǎn)速下某-特定工況所需要的馬力求出來(lái)。主機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為N=100.3r/min,最大轉(zhuǎn)速為Nmax=103%Ne=104.2r/min,最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速Nmin=40r/min,可分別畫(huà)出最高轉(zhuǎn)速限制線，最低轉(zhuǎn)速限制線和額定轉(zhuǎn)速限制線。過(guò)載額定功率特性一柴油機(jī)熱負(fù)荷很高，一般作為船用主機(jī)的最大功率或超額功率，持續(xù)使用時(shí)間不應(yīng)超過(guò)(也不小于)1小時(shí)。額定功率特性柴油機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷好，一般作為船用主機(jī)的常用功率，可長(zhǎng)期持續(xù)使用。設(shè)計(jì)功率特性一一指供油量固定在小于額定功率90%供油量的速度特性。船舶在