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推进系统设计

时间:2022-11-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:动力装置与游艇的匹配程度在一定程度上决定了游艇性能的优劣。本章结合我国相关游艇入级与建造规范以及设计手册,以“海狼号”游艇的设计为例,主要介绍推进装置和传动装置的设计过程。重负荷的艇体或LCG靠后会导致高的驼峰速度阻力,形成中间速度区间过分的推进器推力需求,因此须对适合高速要求的推进装置优化方案进行完善。推进装置的设计难题能够通过船体或负载的改变来克服,也就是改进其阻力特性[1]。

动力装置(推进系统)与游艇的匹配程度在一定程度上决定了游艇性能的优劣。游艇的生命便在于动力装置,例如,参与海事艇设计和建造的成员们最关心的是艇的速度功率关系。在进行游艇推进系统设计时要将主机和推进器的初始成本连同可靠性、维修和运行耗费一起考虑,除此之外,还需要考虑避免引起船上振动、噪声和航行吃水等情况。

在动力装置的设计中,高速艇一般选用全浸式螺旋桨、表面桨或平进口喷水推进器。例如,大多数艇采用固定螺距全浸桨;那些高速运行或航行吃水受到限制的艇多采用表面桨,尤其是航速为50kn以上的小艇,表面桨是最佳的选择;而喷水推进器可满足航速要求大于25kn、艇上的振动和噪声保持小值、航行浅的吃水的游艇。近几年来,喷水推进器被越来越多的使用,它们应用范围的扩大也取代了一部分全浸桨的传统领域。

本章结合我国相关游艇入级与建造规范以及设计手册,以“海狼号”游艇的设计为例,主要介绍推进装置和传动装置的设计过程。

推进器的设计过程可以用图4-1来说明,这是一艘典型艇的推进系统设计过程。推力需求建立在船体尺度、排水量和重心纵向位置、附体阻力、空气阻力、推进干扰因子、波高和瞬态推力要求(加速度或推力储备)的基础上;随船速而变的主机功率和转速需求取决于推进器的流体动力特性。推进器尺度的选择经过优化以适合最大速度或中间速度的要求以及适合所装主机的特性。减速比的选择使主机转速与推进器转速正确匹配。

船体尺度、排水量和重心纵向位置(LCG)对艇的速度 阻力曲线有直接影响。重负荷的艇体或LCG靠后会导致高的驼峰速度阻力,形成中间速度区间过分的推进器推力需求,因此须对适合高速要求的推进装置优化方案进行完善。为了减少驼峰速度时推进器的推力而把LCG过分移向艏部可能导致高速时动力横漂或航向不稳定。

在整个设计过程中辨别船体尺度、载荷和推进装置最优化之间的相互影响十分重要。推进装置的设计难题能够通过船体或负载的改变来克服,也就是改进其阻力特性[1]

图4-1 设计方法图解

(a)净推力需求TT的确定 (b)推进功率PB的确定

(c)推进器转速N的确定 (d)选择特性匹配的主机

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