利用犅δ型设计图谱设计犃犝型螺旋桨

AU型螺旋桨是日本运输技术研究所发展的螺旋桨系列，近年来日本有关部门又对切面形状作了改进，扩大了盘面比和螺距比范围，进行了3～6叶螺旋桨模型的系列试验，并作成了设计图谱。

1）Bδ型设计图谱的建立

如果将AU型5叶、盘面比为0．50、螺距比P／D分别为0．4，0．6，0．8，1．0， 1．2的五个螺旋桨的敞水试验结果绘制在同一图上，则可得到如图4- 13所示的敞水性征曲线组。当知道进速系数J＝vA／nD以后，即可得到不同螺距比螺旋桨的性能。在螺旋桨的设计问题中，一般不可能同时给定直径D和转速n，而敞水性征曲线图的横坐标进速系数J却同时包括了D和n两个参数，这会给设计螺旋桨带来不便，为此需将这类性征曲线转绘成专用图谱，Bδ型图谱就是目前应用最广的一种图谱形式。

如上所述，通常遇到最多的是终结设计问题，即已知主机马力和螺旋桨转速，解决这类问题的计算系数应该不包含未知量D，为此需导出这类计算系数。

按定义有

又 J＝vA／nD

将上面两式消去直径D并两边开方得

式中，PD为螺旋桨收到马力（在设计图谱中常简单地用P表示，为避免与螺距P混淆，本书中仍用PD表示）其单位为公制马力（hp）；vA为螺旋桨进速，单位为米／秒（m／s），n为螺旋桨转速，单位是转／秒（r／s）。若将上式中vA以节（kn）来表示，转速以N（r／min）来代替n（r／s），ρ为海水密度，取104．51kgf·s2／m4[1]，则可得

BP就是B型图谱所采用的计算系数，称为收到马力系数（或简称功率系数）。

同时，还引入直径系数δ，定义为

BP和δ是螺旋桨设计中最根本的计算系数。为表述清晰，现将上两式中有关参数的意义和单位重列于下：

N为螺旋桨转速（r／min）；

PD为螺旋桨敞水收到马力（hp）；

vA为螺旋桨进速（kn）；

D为螺旋桨直径（m）。

利用KT，KQJ图谱（见图4-13）可以作出δ图谱。这类图谱的绘制方法如下：

（1）在同一叶数和盘面比的螺旋桨敞水性征曲线组上（见图4-13），取一定值的螺距比P／D，并设定一系列的J值，在同一P／D的性征曲线上读取与J相应的一系列KQ及η0值；

（2）据式（414）和式（415）分别算出相应的和δ；

（3）在纵坐标为螺距比P／D，横坐标为的图上，如图4-14所示，通过上述计算的P／D值作一平行横坐标的水平线，并在该线对应于每一值的点上标明相应的η0和δ值，此线即能代表螺距比为P／D的螺旋桨水动力特性；

图4-14 P／D B槡P

（4）对不同P／D的螺旋桨性征曲线都做上述处理，并绘在同一图上，然后将η0和δ值相同者分别连成光顺曲线，即得η0和δ的等值线；

（5）将各＝常数时（在图谱上表现为垂直线）效率最高的点连成光滑的曲线，即可得最佳效率线，如图4-15中的点划线。

图4-15 AU型与MAU型对比

2）AU型螺旋桨型式

通常所指的AU型螺旋桨包括下列几种类型：

（1）AU型螺旋桨的原型。

初始阶段发展的螺旋桨模型，为部分5叶和6叶螺旋桨所采用。

（2）改进AU型。

即MAU型。这种型式是对原型AU桨在叶梢部分切面的前缘形状进行了局部修正。AU型的4叶螺旋桨系列就是采用这种形式。实践证明，AU原型桨的面空泡裕度过大，因此需少量减小叶切面前缘高度［见图4-15（a）］，适当降低面空泡的裕度，以增大叶背的抗空泡性能。这种改动反映在切面的拱线（或称中线）上即表现为增大了拱度而减小了功角。经计算比较，MAU型和AU原型的水动力性能是接近的，如图4-15（b）所示。

因此，AU原型5叶及6叶螺旋桨的设计图谱，完全能用于设计MAU型5叶及6叶螺旋桨。

AU型桨叶切面的后缘具有一定翘度（这对于改善桨叶根部叶间干扰有一定效果），在6叶上采用这种型式，称AUw型。

对于MAU型的叶切面后缘具有一定翘度（即MAUw）的设计，应用本图谱也会具有相当精度。

AU型螺旋桨是等螺距螺旋桨，桨模的主要几何特征如下。

（1）4叶螺旋桨系列：属于本组模型的螺旋桨列于表4-4中。桨叶轮廓的尺寸如表4-7所示，轮廓形状如图4-16（a）及（b）所示。

表4-4 四叶模型螺旋桨要素

图4-16 四叶桨尺寸（图中数值均为叶厚比）

（2）5叶螺旋桨系列：其要素列于表4-5中。桨叶轮廓的尺寸如表4-7所示，轮廓形状如图4-17（a）及（b）所示。

表4-5 五叶模型螺旋桨要素

图4-17 五叶桨尺寸（图中数值均为叶厚比）

（3）6叶螺旋桨系列：其要素列于表4-6中。桨叶轮廓的尺寸如表4-7所示，轮廓形状如图4-18（a）及（b）所示。

表4-6 六叶模型螺旋桨要素

图4-18 六叶桨尺寸（图中数值均为叶厚比）

表4- 7给出了AU型（MAU，AUw）模型螺旋桨的伸张轮廓尺寸。表4-8、表4-9、表4- 10、表4- 11分别给出AU型、MAU型、AUw型及MAUw型的叶切面尺寸，据此可以求出螺旋桨的伸张轮廓和各半径处的叶切面形状。

3）利用图谱设计桨

在进行设计时，应先确定伴流分数ω、推力减额分数t、相对旋转效率ηR及传送效率ηs。然后可应用δ图谱来解决螺旋桨设计中不同类型的问题，现分述如下。

①已知船速v，有效马力曲线，根据选定的螺旋桨直径D，确定螺旋桨的最佳转速N，螺旋桨效率η0，螺距比P／D和主机马力Ps。

首先需选定螺旋桨的型式、叶数和盘面比。例如，选用MAU型、4叶、盘面比为0．55的螺旋桨，则可确定所用的图谱为MAU455的Pδ图谱。

在此类问题中，欲求的是转速N和主机马力Ps（或螺旋桨收到马力PD），由式（414）和式（415）可知，无法确定其中任何一个参数，因此需要假设一组转速N来进行计算，具体步骤可用表4-12的形式进行。

将表4-12的计算结果作图4- 19，图中以转速N为横坐标，以Ps，PTE，P／D，η0分别为纵坐标。然后根据已知船速v时的有效马力PE值作水平线与PTE曲线相交，此交点即为所求的螺旋桨，由此还可读出螺旋桨的转速N、要求的主机马力Ps及螺旋桨的螺距比P／D、效率η0等。

表4-12 桨计算过程

在之后的叙述中会看到，BPδ图谱中的最佳效率曲线按理应为最佳直径曲线而不是最佳转速曲线，因此表4-12为近似处理方法，其所得的转速严格来讲并非是最佳值。合理的处理方法是选用其他型式的图谱，或按下述步骤进行计算：假定若干个收到马力PD，并对各个PD分别假设几个转速N。在已知船速v和螺旋桨直径D的条件下，对某一个PDi，可求出对应的一组BP及δ，按此二值由-δ图谱查得η0，然后以N为横坐标，η0为纵坐标找出极大值，对应的Nopti即为所假定PDi下之最佳转速。不同的PDi有不同的Nopti及相应的螺旋桨参数与PTEi，然后由船速v时的有效马力PE内插决定最后的最佳转速N、主机马力Ps和螺旋桨参数。

②已知船速v，有效马力PE，根据给定的转速N，确定螺旋桨效率最佳的直径D、螺距比P／D及主机马力Ps。

在选定螺旋桨型式、叶数、盘面比（例如MAU455）后，按表4-13的步骤进行计算，此时需假设一组螺旋桨直径；将表4-13的结果作图4-19，图中以直径N为横坐标，以主机马力Ps、螺旋桨能克服的有效马力PTE、螺距比P／D、螺旋桨效率η0分别为纵坐标；类比于图4-20可以求得螺旋桨直径D、要求的主机马力Ps及螺旋桨的螺距比P／D、效率η0等［2］。

图4-19 确定转速的旋转结果

图4-20 确定直径的旋转结果

表4-13 螺旋桨计算过程