螺旋桨螺距与拱度的优化设计研究

目前船用螺旋桨设计方法有两种，即图谱设计法及环流理论设计方法。图谱法设计法是根据系列螺旋桨模型的敞水实验结果，将螺旋桨几何与敞水性能参数绘制成专用的图谱以方便使用，典型的图谱法如荷兰楚思德B型桨图谱等。利用图谱法进行设计时，首先选定螺旋桨的叶数及盘面比，然后通过寻找船舶的有效马力曲线与螺旋桨的有效推马力曲线的交点来确定螺旋桨的螺距比、效率及主机马力等参数。图谱法计算方便，易于掌握，如果选取图谱适宜，设计结果基本满足要求，目前仍在中小型传播的螺旋桨设计中使用。图谱设计的螺旋桨，其螺距、弦长、纵倾等分布以及桨叶剖面形状为所用图谱规定的形式，无法考虑拌流的不均匀性。实际上，螺旋桨运转于非均匀的船后尾流场中，实践证明，这种尾流场的不均匀性发展到一定程度后，将会产生螺旋桨空泡及引起船体振动等问题。因此，图谱设计方法常常不能满足桨叶空泡、激振力方面的要求。

换流设计方法是根据环流理论及各种翼型切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计，该方法通过在不同半径处选择适宜的螺距、拱度及厚度，考虑船后不均匀伴流场的影响，可以在兼顾效率的同时，对螺旋桨的空泡与激振问题进行更合适的处理。

现有的环流理论设计方法主要有三种：基于升力线理论的设计方法、基于升力面理论的设计方法及基于面元理论的设计方法。其中，面元设计方法的试用并不广泛。升力线设计方法首先根据***佳环量分布条件或设计者的意图确定桨叶环量的径向分布形式，然后确定桨叶剖面升长积沿径向的分布。***后，结合所选定二维翼型的水动力特性及桨叶的空泡限制条件确定桨叶的弦长、螺距、***大拱度及厚度分布。升力线设计方法没有考虑环量的面分布及桨叶厚度的影响，因此要进行升力面修正以满足设计要求。

升力面设计方法是应用比较普遍的理论设计方法，它可以根据螺旋桨的运转条件（船速、螺旋桨转速、伴流场），设计出满足多种性能要求（推力、效率、抠门火炮、激振等）的螺旋桨，但一般不能同时满足以上性能要求。使用时，一般需要给定螺旋桨的直径、叶片数、弦长分布、侧斜分布、叶片的厚度分布、径向环量分布形式、弦向环量分布形式等条件。通过调整桨叶的螺距分布与拱弧面形状使桨叶在指定运转条件下满足物面的不可穿透的运动条件，即来流与诱导速度沿拱弧面法向的合速度为零。在螺旋桨设计中，通常将升力线设计方法与升力面设计方法结合使用，即首先通过升力线设计方法得到环量的径向分布及各半径剖面的升长积，然后综合考虑桨叶的强度、空泡及振动等因素，确定桨叶的强度、空泡及振动等因素，确定桨叶的弦长、纵倾、侧斜及剖面的厚度，***后通过升力面设计方法确定桨叶的螺距及拱度。

螺旋桨的升力面设计方法有以下不足：弦向环量分布形式比较单一，一般采用a=0.8的负荷分布形式；迭代计算拱弧面形状时，叶跟、叶梢剖面常出现S形拱线，造成拱弧面不光顺。

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