船用螺旋桨的设计方法介绍

随着造船工业的不断发展，现代船舶的大型化、高速化，对船舶螺旋桨的性能要求也越来越高。螺旋桨工作在非均匀流场中，由于流场的非均匀性，螺旋桨在运转的过程中，往往难以避免桨叶上出现空泡现象，从而引起船尾的剧烈振动，导致螺旋桨空泡剥蚀，引发噪声等***影响。因而，螺旋桨在设计阶段应充分考虑并兼顾桨叶效率、空泡、振动和剥蚀等多种性能要求。

常规螺旋桨设计方法

常规图谱设计方法是根据螺旋桨敞水系列模型试验结果绘制成的专用图谱进行设计的方法。按照图谱法设计螺旋桨，是根据给定条件在图谱所提供的螺旋桨资料范围内选择***适宜的方案。该方法具有计算简单，结果可靠的优点，对于一些典型的船舶螺旋桨设计可较为准确和迅速地获得理想的方案，曾对螺旋桨的设计起过重要作用。直至今天，对常规船而言，该方法仍不失为一种简单可靠的方法。然而，图谱设计方法存在很多缺点，该方法不仅需通过大量的试验绘制图谱，耗费大量的人力、物力和财力。更重要的是图谱设计螺旋桨，受到图谱相关系列螺旋桨几何参数局限性的影响，不可能对桨叶诸多几何参数做出选择，设计出适合特定船舶和主机性能的高质量的螺旋桨。

螺旋桨理论设计方法

理论设计方法是根据环流理论以及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计的方法。螺旋桨诱导的船体振动、螺旋桨噪声、螺旋桨空泡和效率等问题一直是人们普遍关注的问题。因此，为了不同的使用目的，各种不同桨叶形状和桨叶剖面形状的螺旋桨广泛应用于实船。例如，为了减少船尾振动而采用大侧斜螺旋桨，为了提高螺旋桨效率而采用理论方法设计***佳螺旋桨等。近几年来，民用高速船不断地投入使用，高速船螺旋桨的设计必须兼顾效率、空泡、振动、剥蚀等多种性能要求，常规的螺旋桨图谱设计方法已无法兼顾这些性能要求，因而理论方法设计螺旋桨逐步成为高速船螺旋桨设计的主流。

***早的升力线理论是应用Goldstein因子及正交条件进行处理，该方法仅在特殊条件下成立，在一般情况下，只能将其当作是工程上的近似方法。Lerbs于1952 年提出的诱导因子法，从理论上解决了升力线理论求解螺旋桨性能计算问题和任意环量分布下的设计问题，并且适用于轴对称伴流场中求解螺旋桨的正逆问题。1968 年Morgan 等按规定的螺旋桨系列几何形式和环量分布形式，计算了该系列螺旋桨的升力面修正因子。但是，螺旋桨叶叶片是一个扭曲的小展弦比机翼，在升力线理论中把桨叶负荷集中在一根升力线上，没有考虑弦向影响。只是在考虑了诱导速度后借用二维翼剖面特性来处理问题，不是从满足物面边界条件出发，因此算出的螺旋桨总推力、转矩和效率是正确的，而叶片的几何形状却是近似的，特别是桨叶越宽误差就越大。为此用升力面修正的方法对拱度及攻角进行修正。

上世纪五六十年代，美国MIT 的Kerwin对基于机翼理论中的Falker 思想的离散化涡格法做了进一步发展，其方法考虑了桨叶厚度影响，使之适用于有纵斜和大侧斜变螺距的螺旋桨。该方法用升力线理论结果，避免了求诱导速度计算中无限积分而大大减少了工作量，而且，附着涡的分布形式可任意选择，并可求出整个拱弧线的形状和攻角。现在升力面理论方法已日益成为船用螺旋桨理论分析的一个非常有效的工具。

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