第八章螺旋槳的強(qiáng)度校核

1、第八章 螺旋槳的強(qiáng)度校核為了船舶的安全航行，必須保證螺旋槳具有足夠的強(qiáng)度，使其在正常航行狀態(tài)下不致破損或斷裂。為此，在設(shè)計(jì)螺旋槳時(shí)必須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和確定槳葉的厚度分布。螺旋槳工作時(shí)作用在槳葉上的流體動(dòng)力有軸向的推力及與轉(zhuǎn)向相反的阻力，兩者都使槳葉產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉本身的質(zhì)量產(chǎn)生徑向的離心力，使槳葉受到拉伸，若槳葉具有側(cè)斜或縱斜，則離心力還要使槳葉產(chǎn)生彎曲。此外，槳葉上也可能受到意外的突然負(fù)荷，例如：碰擊冰塊或其他飄浮物體等。同時(shí)螺旋槳處于不均勻的尾流場(chǎng)中工作，使槳葉受力產(chǎn)生周期性變化，故較難精確地算出作用在槳葉上的外力。在計(jì)算槳葉的強(qiáng)度時(shí)，我們可以把槳葉看作是扭曲的、變截面的懸

2、臂梁，而且其橫截面是非對(duì)稱(chēng)的，故計(jì)算較為復(fù)雜，即使能正確地求得槳葉上的作用力，要精確地進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算也是很困難的。目前，對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)荷(即計(jì)及伴流不均勻性影響)下螺旋槳的強(qiáng)度計(jì)算方法雖然有所發(fā)展，但計(jì)算繁復(fù)，付之實(shí)用還為時(shí)尚早。故在螺旋槳設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，一般都用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的近似方法來(lái)進(jìn)行螺旋槳的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算螺旋槳強(qiáng)度的近似方法很多，中國(guó)船級(jí)社于2001年頒發(fā)的鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)范）中對(duì)螺旋槳的強(qiáng)度也有了規(guī)定，因?yàn)楸容^偏于安全，用近似方法計(jì)算的厚度未必一定能滿(mǎn)足規(guī)范的要求，因此對(duì)“入級(jí)”海船應(yīng)采用規(guī)范規(guī)定的方法計(jì)算。本章中主要介紹我國(guó)2001年規(guī)范的規(guī)定，由此確定槳葉厚度。為了

3、使讀者了解槳葉上的受力情況，對(duì)于分析計(jì)算方法也作必要的介紹。§ 8-1 規(guī)范校核法一、螺旋槳槳葉厚度的確定為了保證螺旋槳的安全，中國(guó)船級(jí)社2001年鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范第三分冊(cè)第三篇第十一章中，對(duì)螺旋槳的強(qiáng)度要求作了明確具體的規(guī)定。螺旋槳槳葉厚度t(固定螺距螺旋槳為0.25R和0.6R切面處，可調(diào)螺距螺旋槳為0.35R和0.6R切面處)不得小于按下式計(jì)算所得之值： (mm) (8-1)式中 Y 功率系數(shù)，按(8-2)式求得；K 材料系數(shù)，查表8-1；X 轉(zhuǎn)速系數(shù)，按(8-3)式求得。1功率系數(shù) (8-2)表8-1 材料系數(shù)材 料抗拉強(qiáng)度b（N/mm2）材料密度G（g/cm3）材料系

4、數(shù)K碳鋼與合金鋼鐵素鋼與馬氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼Cu1錳青銅Cu2鎳錳青銅Cu3鎳鋁青銅Cu4錳鋁青銅4005004504404405906307.97.77.98.38.37.67.50.571.041.04111.381.17式中 對(duì)于隨緣上翹的機(jī)翼型切面，上式求得之A1值應(yīng)增加30%；D 螺旋槳直徑(m)；P 所計(jì)算切面處的螺距(m)；P0.7 0.7R切面處的螺距(m)；R 螺旋槳半徑(m)；K1，K2，K3，K4 系數(shù)，查表8-2；Ne 主機(jī)的額定功率(kw)，Z 槳葉葉數(shù)，B 所計(jì)算半徑處切面的弦長(zhǎng)(m)；ne 螺旋槳在主機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速(rpm)。表 8-2KjrK1K2K3K

5、4K5K6K7K80.25R0.35R0.60R63452020725028515114101320635416348264233428124157653804203302. 轉(zhuǎn)速系數(shù) (8-3)式中 ； D、P、N、Z和b 同前； 槳葉后傾角，(º)；K5，K6，K7，K8 系數(shù)，查表8-2；G 槳葉材料的重量密度(g/cm3)；Ad 螺旋槳的盤(pán)面比。對(duì)航行于冰區(qū)的船舶，螺旋槳槳葉還需進(jìn)行加強(qiáng)，具體辦法在規(guī)范第三分冊(cè)第三篇第十四章中有明確規(guī)定。因限于篇幅，這里不再進(jìn)行介紹。規(guī)范還規(guī)定，對(duì)于特殊設(shè)計(jì)的螺旋槳，允許用其他計(jì)算方法來(lái)確定螺旋槳槳葉的厚度，但需取得驗(yàn)船部門(mén)的同意。二、計(jì)算實(shí)

6、例某3.5×104t散裝貨船，船長(zhǎng)LPP = 185m，型寬B = 28.4m，設(shè)計(jì)吃水T = 11.0m，方形系數(shù)CB = 0.821。主機(jī)額定功率Ne = 1.11×104 hp，轉(zhuǎn)速ne = 124 rpm，按MAU型4葉螺旋槳設(shè)計(jì)圖譜求得：螺旋槳的直徑D = 5.6m，螺距比P/D = 0.7，敞水效率0 = 0.521，盤(pán)面比AE/A00.586，航速V = 14.68 kn。槳葉的縱斜角 = 10 º，螺旋槳的材料為ZQALl2-8-3-2，其重量密度為G = 7.4g/cm3?，F(xiàn)要求按規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)已知條件可算出：0.7R切面處的螺距P0.7

7、 = 3.92m，0.25R及0.6R處切面的弦長(zhǎng)為：；由表8-1可查得材料系數(shù)K，由表8-2可查得K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8諸系數(shù)。計(jì)算可按表8-3形式進(jìn)行。表8-3 計(jì)算結(jié)果 序號(hào)項(xiàng) 目單位所校核的葉切面0.25R0.6R1槳葉寬度bm1.3421.84220.7R處D/P D/P0.71.42861.42863D/P1.42861.42864A1=2,405.80860.6951,392.861,184.29640,118.810,451.270.30380.18818規(guī)范要求最小厚度mm211.6101.69標(biāo)準(zhǔn)槳葉切面厚度tnmm214.2122.1由表8-3的計(jì)

8、算結(jié)果可見(jiàn)，滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小厚度為：t0.25R 211.6 mmt0.6R 101.6 mm而標(biāo)準(zhǔn)槳在相應(yīng)半徑處切面的厚度為:tn0.25R = 214.2 mmtn0.6R = 122.1 mm大于規(guī)范的要求。若采用標(biāo)準(zhǔn)槳的厚度及其分布，則可以滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求，且略有裕度。§ 8-2 分析計(jì)算法 本節(jié)討論在靜態(tài)負(fù)荷下螺旋槳強(qiáng)度的計(jì)算問(wèn)題。所謂靜態(tài)負(fù)荷，就是假定作用于槳葉上的外力負(fù)荷不變。在應(yīng)用這種方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，把槳葉作為簡(jiǎn)單的懸臂梁，首先計(jì)算出每一槳葉上的推力、旋轉(zhuǎn)阻力及離心力對(duì)計(jì)算切面的彎矩，然后根據(jù)切面的幾何特性確定所受的應(yīng)力。螺旋槳工作時(shí)，槳葉根部所受的應(yīng)力最大。實(shí)踐證明

9、，螺旋槳槳葉常在葉根附近斷裂，所以應(yīng)用計(jì)算分析法來(lái)校核槳葉強(qiáng)度時(shí)，主要計(jì)算葉根處切面的強(qiáng)度(略去填角料)。一、推力和旋轉(zhuǎn)阻力所產(chǎn)生的彎矩圖 8-1螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，推力T和轉(zhuǎn)矩Q沿槳葉半徑的分布是不規(guī)則的，如圖8-1(a)、(b)中的實(shí)線所示。如果要計(jì)算任意半徑rp處切面的應(yīng)力，則可用積分法確定該切面以外(至葉梢)部分的作用力對(duì)該切面產(chǎn)生的彎矩?？紤]槳葉上半徑r處dr微段的葉元體，設(shè)dT1為該葉元體上所受之推力(見(jiàn)圖8-1(c)，則半徑rp以外槳葉所受的推力對(duì)rp處切面的彎矩MT為； (8-4)式中 R 螺旋槳半徑； (8-5)其中，Z為槳葉數(shù)。若采用相對(duì)半徑x = r/R，xp= rp/R，并將

10、(8-5)式代入(8-4)式，則得： (8-6)彎矩MT可以表示成螺旋槳推力系數(shù)的另一函數(shù)形式。如果KT為螺旋槳在計(jì)算狀態(tài)的推力系數(shù)，xh為槳轂相對(duì)半徑(xh = rh/R)，則有： (8-7)從而(8-6)式可寫(xiě)成： (8-8)如果知道推力系數(shù)沿徑向的分布形式，則即可按(8-8)式算出MT。但是，要精確地求出推力系數(shù)沿徑向的分布是很麻煩的，因此在計(jì)算時(shí)將作某些假定。對(duì)于等螺距或徑向螺距變化不大的普通螺旋槳，其推力系數(shù)分布可假定為如下的曲線形式： (8-9)式中，k為常數(shù)。應(yīng)用此式可算出(8-8)式的積分，從而MT可表示為： (8-10)圖8-2函數(shù)GT(xh，xp)已有人算得，并作成曲線示于

11、圖8-2中。據(jù)此可用(8-10)式確定xhxp1和0.2xh0.4時(shí)由推力產(chǎn)生的彎矩MT。對(duì)xh= 0.170.18的情況，在利用圖8-2查取GT(xh，xp)時(shí)可近似地取xh=0.2時(shí)的數(shù)值。 更簡(jiǎn)便的方法是假定推力沿槳葉徑向按線性規(guī)律分布，如圖8-1(a)中虛線所示。令(k' 為常數(shù))，則從(8-8)式可以得到： (8-11)與求推力產(chǎn)生的彎矩相似，半徑r處dr段葉元體的旋轉(zhuǎn)阻力dFl對(duì)半徑rp處切面產(chǎn)生的彎矩為dFl(r -rp)，故在rp以外至葉梢處所有切面所受之旋轉(zhuǎn)阻力對(duì)rp處的彎矩為： (8-12)若引用旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)KFFn2D4，則有： (8-13)把(8-13)式用相對(duì)

12、半徑x表示并代入(8-12)式，則有： (8-14)此式也可用轉(zhuǎn)矩系數(shù)來(lái)表示，因 (8-15)則利用dKQ = dKF · x2，可以得到： (8-16)如果取的分布形式與(8-9)式的推力系數(shù)分布形式相同，則可將(8-16)式進(jìn)行積分并表示成： (8-17)函數(shù)也用曲線形式表示于圖8-2中。當(dāng)假定旋轉(zhuǎn)阻力F沿徑向?yàn)榫鶆蚍植紩r(shí)，如圖8-1(b)中虛線所示，即dKF/dx = k"(常數(shù))，則從(8-16)式可以得到： (8-18)通常螺旋槳的收到馬力PD(hp)及其轉(zhuǎn)速n(rpm)是已知的，故(8-18)式中螺旋槳的轉(zhuǎn)矩Q可按下式求出： (kgf ·m) (8-1

13、9)二、離心力及其所產(chǎn)生的彎矩螺旋槳工作時(shí)，槳葉上還受離心力的作用。設(shè)螺旋槳的轉(zhuǎn)速為n(轉(zhuǎn)/秒)，螺旋槳材料的重量密度為(kgf/m3)，S為某半徑r處切面的面積(m2)，則dr段葉元體所產(chǎn)生的離心力(見(jiàn)圖8-l(c)為： (8-20)式中，g為重力加速度(m/s2)。槳葉rrp，部分的離心力C為： (8-21)若槳葉的重量為G，槳葉重心至軸線的距離為rg，則整個(gè)槳葉的離心力為： (8-22)式中，rg可近似地按下式求得： (8-23)其中，D和d = 2 rh分別為螺旋槳直徑及槳轂直徑。此外，當(dāng)槳葉具有縱斜和側(cè)斜時(shí)(見(jiàn)圖8-3)，其離心力的作用線并不通過(guò)計(jì)算切面的形心，因而對(duì)該切面產(chǎn)生彎矩。

14、圖 8-3設(shè)槳葉的縱斜角為，且各切面的形心位于與參考線OU平行的線上，則在計(jì)算半徑rp處切面因縱斜產(chǎn)生的離心力彎矩為：(8-24)在圖8-3中，側(cè)視圖表示槳葉在各半徑處之最大厚度，CG為槳葉之重心(它與 軸心距離為rg)，CR為計(jì)算半徑rp處切面的形心。對(duì)于弓型切面，其形心可取在最大厚度處距葉面為2t/5的地方(t為切面最大厚度)，從而可以量取CG與CR之縱向距離lg，或可近似取為：此時(shí)( 8-24)式可更簡(jiǎn)便地寫(xiě)成： ( 8-25)對(duì)于具有側(cè)斜的螺旋槳，還應(yīng)計(jì)及離心力產(chǎn)生的彎矩Ms，因一般側(cè)斜與螺旋槳轉(zhuǎn)向相反，故此彎矩與旋轉(zhuǎn)阻力產(chǎn)生的彎矩MF方向相反(在無(wú)側(cè)斜或小側(cè)斜時(shí)也有可能方向相同)。在

15、圖8-3中正視圖上標(biāo)出重心CG及切面形心CR之軸向投射位置。通過(guò)CG繪一輻射線，由CR至此輻射線間之垂直距離ls即為離心力C對(duì)形心CR的力臂。故因側(cè)斜所產(chǎn)生之離心力彎矩Ms為： (8-26)三、合成彎矩及切面應(yīng)力計(jì)算圖 8-4圖8-4表示在半徑rp處切面(或葉根處切面)承受彎矩的情況，圖中MT及MF以右手定則規(guī)定的矢量來(lái)表示。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，這些流體動(dòng)力彎矩作用點(diǎn)并不與切面的形心相重合，但在實(shí)際計(jì)算中，通?？山频赝ㄟ^(guò)切面形心來(lái)取慣性主軸。圖8-4中-軸為切面的最小慣性主軸(通過(guò)切面形心且與其弦線平行)，-軸為切面的最大慣性主軸(與-軸相垂直)。其正向如圖8-4所示。若將推力和旋轉(zhuǎn)阻力產(chǎn)生的彎矩MT

16、和MF及離心力產(chǎn)生的彎矩Mc和Ms分解到切面的-軸及-軸上，則可得： (8-27)式中，為計(jì)算切面的螺距角。力矩M使槳葉在剛度最小的平面內(nèi)彎曲，而力矩M使槳葉在剛度最大的平面內(nèi)彎曲。若已知葉切面的面積和抗彎剖面模數(shù)，則便能求出由彎曲力矩M和M之作用而引起的應(yīng)力。設(shè)W(max)和W(max)分別為切面上具有最大坐標(biāo)max和max的點(diǎn)(如C、D、A、B諸點(diǎn))對(duì)于-軸和-軸的抗彎剖面模數(shù)，則彎矩M和M在這些點(diǎn)上產(chǎn)生的應(yīng)力可分別寫(xiě)成： (8-28)若計(jì)算切面的面積為S，則離心力產(chǎn)生的應(yīng)力為: (8-29)這里，S可根據(jù)切面形狀求得，或可用近似公式估算： (8-30)式中，b為切面弦長(zhǎng)，t為切面最大厚度

17、。若用慣性主軸將切面分成四個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖8-4)，則在每個(gè)區(qū)域中因彎矩M、M、及離心力C所產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)如下： 區(qū) 域 甲 乙 丙 丁M 所生應(yīng)力 拉 拉 壓 壓M 所生應(yīng)力 拉 壓 壓 拉C 所生應(yīng)力 拉 拉 拉 拉由此可見(jiàn)，最大拉應(yīng)力應(yīng)在甲區(qū)內(nèi)切面的外緣，最大壓應(yīng)力在丙區(qū)內(nèi)切面外緣。也就是說(shuō)，在葉切面上隨邊B點(diǎn)所受的拉應(yīng)力最大，葉背最大厚度處C點(diǎn)所受的壓應(yīng)力最大(對(duì)于切面邊緣有翹度者，最大拉應(yīng)力約發(fā)生在葉面開(kāi)始上翹處，梭形切面則約在葉面中點(diǎn)處)。綜上所述，合成彎矩及離心力所產(chǎn)生的總應(yīng)力一般可寫(xiě)成如下形式：A點(diǎn)所受之拉應(yīng)力： ( 8-31)B點(diǎn)所受之拉壓力： (8-32)C點(diǎn)所受之壓應(yīng)力： (

18、8-33)D點(diǎn)所受之拉應(yīng)力： (8-34)上述各式中，切面的抗彎剖面模數(shù)可根據(jù)切面形狀進(jìn)行計(jì)算，或者可按下列近似公式估算： (8-35)系數(shù)和值可據(jù)切面形式由表8-4查得。表 8-4系數(shù)切面對(duì)于A點(diǎn)和B點(diǎn)對(duì)于C點(diǎn)對(duì)于D點(diǎn)弓形雙凸弓形機(jī)翼形弓形雙凸弓形機(jī)翼形弓形雙凸弓形機(jī)翼形0.110.070.220.100.100.090.0750.190.085-0.110.170.10-若計(jì)算所得的最大壓應(yīng)力(如葉背C點(diǎn)處的應(yīng)力)和最大拉應(yīng)力(如隨邊B點(diǎn)處的應(yīng)力)沒(méi)有超過(guò)材料的許用應(yīng)力，則認(rèn)為螺旋槳的強(qiáng)度是足夠的。四、許用應(yīng)力在計(jì)算螺旋槳的強(qiáng)度時(shí)，通常都以船在全速航行情況下螺旋槳發(fā)出的推力及吸收的轉(zhuǎn)矩為依

19、據(jù)。但當(dāng)開(kāi)航時(shí)，其進(jìn)速系數(shù)甚小，推力系數(shù)及轉(zhuǎn)矩系數(shù)皆大，致使螺旋槳所受的應(yīng)力可能大于全速時(shí)的數(shù)值。螺旋槳在實(shí)際工作中因槳葉在不同位置時(shí)之伴流相差甚大，槳葉所受之應(yīng)力產(chǎn)生周期性變更，空泡及振動(dòng)等使材料有剝蝕及疲衰作用。再者槳葉與槳轂之厚度相差甚大，在鑄造時(shí)兩部分的冷卻速度不同，使葉根部分的實(shí)際強(qiáng)度降低。此外，螺旋槳在工作中可能碰擊飄浮物體而遭受突然負(fù)荷。由于上述許多原因，故螺旋槳所取用的許用應(yīng)力值甚低，亦即其安全系數(shù)(或稱(chēng)強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù))較大。許用應(yīng)力以下式表示： (8-36)式中，為強(qiáng)度極限應(yīng)力；為安全系數(shù)(強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù))。在實(shí)用上，螺旋槳的許用應(yīng)力隨船舶類(lèi)型而異。客船及貨船長(zhǎng)時(shí)間以全馬力航行者

20、許用應(yīng)力較小，軍艦經(jīng)常使用部分馬力者許用應(yīng)力可用較大數(shù)值，高速快艇螺旋槳每單位面積需發(fā)出的推力甚大，不得不采用更大的許用應(yīng)力。表8-5列出了螺旋槳常用材料的性能和許用應(yīng)力范圍。從表中可見(jiàn)，其安全系數(shù)約為10左右。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多人認(rèn)為將安全系數(shù)kb降低至8左右為宜。也有人認(rèn)為內(nèi)河船螺旋槳的kb可取6。另外，用推力為線性分布假定計(jì)算時(shí)，若已考慮了離心力所引起的應(yīng)力，則可將表中的許用應(yīng)力加大2030 %。表 8-5材料名稱(chēng)和牌號(hào)重量密度(tf/m3)許用應(yīng)力(kgf/cm2)極限拉應(yīng)力b (kgf/cm2)對(duì)海水的抗蝕性能備 注錳青銅HMnFe55-3-18.4145050045005000好表

21、面光滑，可修補(bǔ)鋁青銅ZHAl67-5-2-28.416206200良好表面很光滑，可修補(bǔ)鑄 鋼ZG25A，ZG20A7.8545050045005000稍差不易澆鑄，表面粗糙，強(qiáng)度計(jì)算后須加厚10%以抗腐蝕球墨鑄鐵QT40-10 7.6026028040005500差很難修補(bǔ)，葉片將比銅質(zhì)的厚2530%灰鑄鐵HT21-40，HT24-447.60190220（拉伸）18002600差表面很粗糙，不能修補(bǔ)，葉片比銅質(zhì)的厚3035%增強(qiáng)塑料（環(huán)氧）2.5020030020003000好表面很光滑，可修補(bǔ)，葉厚比銅質(zhì)的約大2025%§ 8-3 槳葉厚度的徑向分布如前所述，利用中國(guó)船級(jí)社20

22、01年鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范中的規(guī)定，可以求得滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的在0.25R及0.6R處槳葉切面的最大厚度(可調(diào)螺距螺旋槳為0.35R及0.6R處切面的最大厚度)；或利用分析計(jì)算法確定槳葉根部處(一般取0.2R)切面的最大厚度。接下來(lái)的問(wèn)題需要確定其余各半徑處切面的最大厚度，即厚度沿半徑方向的分布。一、槳葉的葉梢厚度在決定槳葉厚度沿徑向分布之前，首先要知道槳葉葉梢厚度t'。一般螺旋槳葉梢厚度可由圖8-5據(jù)直徑D查得。也可采用如下的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定：當(dāng)螺旋槳直徑D3.0m時(shí)，取t' = 0.0045D (8-37)當(dāng)螺旋槳直徑D3.0m時(shí)，取t' = 0.0035D (8-38

23、)式中，t' 和D取相同單位。圖 8-5二、槳葉厚度的徑向分布葉梢厚度確定以后，就可決定槳葉厚度的徑向分布。一般可采用如下幾種方式。1線性分布大多數(shù)螺旋槳的厚度沿徑向采用線性分布，即將葉梢厚度，t'與按規(guī)范確定的0.25R(或0.35R)處槳葉厚度用同一比例畫(huà)在圖上并連成直線，即可量得不同半徑處的槳葉厚度。實(shí)踐證明，這樣的厚度分布對(duì)0.6R處的強(qiáng)度總是過(guò)剩的，故可不必再行驗(yàn)算。2非線性分布將葉梢厚度t'與按規(guī)范計(jì)算得到的0.25R(或0.35R)及0.6R處切面的厚度三個(gè)點(diǎn)在圖上按同樣比例標(biāo)出，通過(guò)三點(diǎn)連成光順曲線，即可得到各不同半徑處槳葉厚度，這種分布形式可以節(jié)省些槳

24、葉材料。3荷蘭船模試驗(yàn)池建議的厚度分布荷蘭船模試驗(yàn)池建議槳葉各半徑處切面厚度可由下式計(jì)算： (8-39)式中，t0.2為0.2R處切面的厚度，tx為x = r/R處切面的厚度。fx為由表8-6所決定的系數(shù)。表8-6 決定葉切面最大厚度徑向分布的系數(shù)fxxfxxfx0.30.40.50.60.8450.6990.5460.4360.70.80.90.950.3180.2060.1000.0495§ 8-4 螺距修正螺旋槳設(shè)計(jì)中，有些參數(shù)往往與所用系列螺旋槳不同，例如：按上節(jié)強(qiáng)度計(jì)算所得的槳葉厚度小于選用系列槳的厚度時(shí)，尚可直接采用系列槳的厚度及厚度分布，其缺點(diǎn)是浪費(fèi)材料。若計(jì)算中為滿(mǎn)足

25、強(qiáng)度要求不得不增加槳葉厚度時(shí)，將導(dǎo)致設(shè)計(jì)螺旋槳的葉厚分?jǐn)?shù)大于系列螺旋槳的葉厚分?jǐn)?shù)。有時(shí)設(shè)計(jì)螺旋槳的轂徑比不同于系列螺旋槳。在這種情況下，必須對(duì)設(shè)計(jì)螺旋槳的螺距進(jìn)行修正，使二者性能相同?，F(xiàn)將修正方法簡(jiǎn)述如下。一、轂徑比不同對(duì)螺距的修正設(shè)(dh /D)' 為設(shè)計(jì)螺旋槳的轂徑比；dh /D為系列螺旋槳的轂徑比。則所需的螺距比修正量可按下式求得： (8-40)二、葉厚比不同對(duì)螺距的修正修正計(jì)算通常是根據(jù)0.7R處切面的螺距角與無(wú)升力角0之和等于常數(shù)這一原則進(jìn)行的，即 + 0 = 常數(shù) (8-41)如圖8-6所示。切面的無(wú)升力角0可按下式計(jì)算： (°) (8-42)圖8-6式中，K為系

26、數(shù)，與0.7R處的切面形式有關(guān)，對(duì)MAU型螺旋槳 K = 0.735對(duì)B型螺旋槳 K = 0.813對(duì)弓型切面螺旋槳 K = 0.75設(shè)為設(shè)計(jì)槳的厚度比，為系列槳的厚度比，則修正后的螺距角' 可由下式計(jì)算： (8-43)修正后的螺距為： (8-44)下面再介紹一種螺距修正方法，以供參考。由于厚度比不同對(duì)螺距比修正量可由下式表示： (8-45)式中 設(shè)計(jì)螺旋槳的螺距比；S 滑脫比，按下式?jīng)Q定： (kn)N 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)；P 螺距(m)； 設(shè)計(jì)螺旋槳0.7R處切面的厚度比； 基準(zhǔn)螺旋槳0.7R處切面的厚度比； 基準(zhǔn)螺旋槳展開(kāi)面積比； 設(shè)計(jì)螺旋槳的換算展開(kāi)面積比；(dh/D)'

27、; 和(dh/D)分別為設(shè)計(jì)槳和系列槳的轂徑比；AE/A0 設(shè)計(jì)螺旋槳的盤(pán)面比。三、經(jīng)過(guò)修正后螺旋槳的螺距令修正后的螺旋槳螺距比為(P/D)m，則可由(8-40)、(8-44)式或(8-40)、(8-45)式來(lái)得到，即 (7-46)或 (7-47)四、螺距修正實(shí)例某船螺旋槳設(shè)計(jì)結(jié)果如下；采用AU型四葉螺旋槳，可達(dá)船速V=11.08 kn，伴流分?jǐn)?shù) =0.35，轉(zhuǎn)速N 260 rpm，螺旋槳直徑D = 2.57m，螺距比P/D = 0.623，展開(kāi)面積比AE/A0 =0.54，轂徑比(dh/D)' = 0.179，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算求得0.7R處切面的厚度比。由于AU型螺旋槳的轂徑比dh/D

28、= 0.18，且設(shè)計(jì)槳0.7R處切面厚度比不同于系列槳，故必須進(jìn)行螺距修正。1由于轂徑比不同所需的螺距修正2由于葉厚比不同所需的螺距比修正為方便起見(jiàn)，取AU4-55為基準(zhǔn)螺旋槳，故：相應(yīng)的0.7R處切面厚度比為：所以3. 修正后的螺距比這樣，經(jīng)螺距修正后該槳的水動(dòng)力性能近似地與螺距比為0.623、轂徑比為0.18的系列螺旋槳相同。§ 8-5 螺旋槳重量及慣性矩計(jì)算圖 8-7在螺旋槳設(shè)計(jì)中，必須進(jìn)行重量和慣性矩的估計(jì)，以提供軸系計(jì)算、工廠備料以及離心力計(jì)算等需要。螺旋槳的總重量為葉片重量和轂重量之和。通常比較精確的計(jì)算方法是：先根據(jù)槳葉不同半徑處各切面的形狀求得其切面面積，其次用近似積

29、分法算出槳葉之體積和體積慣性矩，最后分別乘以材料的重量密度，即可得到螺旋槳之重量和重量慣性矩。由于AU型螺旋槳提供了切面有關(guān)資料，因而對(duì)此類(lèi)螺旋槳利用近似數(shù)值積分方法并不復(fù)雜。圖8-7為AU型螺旋槳切面的形狀。圖中G為切面重心，b為切面弦長(zhǎng)，t為 切面厚度。槳葉切面的面積S可由下式計(jì)算：S = Ka b t (8-48)式中，Ka為系數(shù)，由表8-7給出，表8-7中同時(shí)提供了切面重心的坐標(biāo)xG和yG。 表 8-7r/R面積系數(shù)KaxG/byG/t0.20.40.50.60.70.80.91.00.67400.67450.67450.67700.68300.6950-0.43500.43500.4

30、4000.45000.46400.48800.41100.41100.41130.42000.42000.4113具體計(jì)算可如表8-8所列形式進(jìn)行。例如對(duì)盤(pán)面比AE/A0 = 0.65，直徑D5.75m，螺距比P/D = 0.785，轂徑比dh/D = 0.18，葉厚分?jǐn)?shù)t0/D = 0.0468，材料重量密度 = 8,700kgf/m3的AU型五葉槳，在表8-8的基礎(chǔ)上可以計(jì)算。表 8-8（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）r/R面積系數(shù)Kd弦長(zhǎng)×最大厚度b × t切面面積（m2）S=Kabt辛氏系數(shù)S M（4）×（5）rr2（6）&#

31、215;（7）（6）×（8）0.20.30.40.50.60.70.80.91.00.6740.6740.6740.67450.67450.67700.68300.69500.70001.125×0.2191.314×0.1951.472×0.1701.595×0.1451.676×0.1201.684×0.0951.571×0.0711.245×0.04500.16600.17270.16870.15590.13570.10830.07620.039201424242410.1660.6910.3370

32、.6240.2710.4330.1520.15900.2R0.3R0.4R0.5R0.6R07R0.8R0.9RR0.04R20.09R20.16R20.25R20.36R20.49R20.64R20.81R2 R20.0332 R0.2073 R0.1348 R0.3120 R0.1626 R0.3031 R0.1216 R0.1431 R00.00664R20.06220R20.05392R20.15600R20.09756R20.21217R20.09728R20.12879R20(6)=2.833(9)=1.4177 R(10)=0.8146R21. 螺旋槳重量(1) 葉片重量(未計(jì)及填角料的重量)每葉片重量其中，0.166×0.02R是考慮槳轂至0.2R切面間的重量