系列鹰翅型螺旋桨图谱及其使用说明

1.JQ-5-81的推进性能数据

与常规螺旋桨图谱（例如国内曾采用的苏联CK图谱）一样，标出本系列中各螺旋桨P/D表征值，绘出KT～JP、KQ～JP曲线。整个系列性能数据绘于图1，图中标出了空泡导致推力系数KT值下降（失推）临界线。为避免图上曲线重叠过度，将性能数据KT～JP（σ=常数）和KQ～JP（σ～JP）分别绘于图1 （a）、（b）两部分。

2.螺旋桨设计辅助图

图2所示为KT/J2P～JP曲线。用作满足船—机—桨匹配，舰船要自航，螺旋桨推力与船阻力必须平衡，才能实现匀速航行时，要求满足

若为具有ZP只螺旋桨的多桨船，则有

或按设定将载荷分配到各只螺旋桨，一旦得到设计螺旋桨所需数据、JP，就可以由图2查出设计螺旋桨特征螺距比P/D，决定直径D等参数。

3.桨推力下降限界线

系列是针对常规高速舰船推进需要而开发的，这些螺旋桨在设计航速大多难以避免空泡，已有工程实践中希望不要出现严重剥蚀；螺旋桨不要“失推”，即不出现因空泡区扩大，虽增加桨转数，航速却不再上升，舰船达不到预期航速，主机功率也无法发挥。实际出现过这种情况。为此，在图3中标出了不同σ下，桨推力系数KT开始下降，偏离所试得的KT～JP曲线位置，即实际螺旋桨叶严重空泡化，出现螺旋桨“失推”。

图1 JQ-5-81系列螺旋桨性能曲线

（a）KT～Jp（b）10KQ～Jp；ηp～Jp

图2 JQ 581系列螺旋桨设计辅助线

（KT/JP2～JP）

工程实践中，按已知螺旋桨转数n舰船阻力及相关推进因子，要求达到航速v A，经设计选定直径D、螺距比P/D，加上现在已知的Jp=及σ=，就可由图3推力下降限界线，查看螺旋桨设计方案的螺距比P/D，是否满足不“失推”的条件。例如，由图3看，倘若要求桨在σ=1.0，JP=0.94运行，则需要选用螺距比P/D＞1.4。否则，螺旋桨将“失推”，不能提供必要推力，达到预期航速。

4.螺距比变化值的确定

本系列为变螺距螺旋桨，由图1选中的螺距比P/D，为P/D=（P/D）0.7，到图4中查各半径r处的局地P/D值。近年来为减震抗蚀、降噪之目的，在船用螺旋桨设计方案中，广泛采用带有叶梢卸载的变螺距措施。由于叶面叶背的压力差，是形成桨推力的基础，这种压力梯度有将叶面流体经叶梢“压”向叶背的趋势。从而在螺旋桨梢部形成涡流及导致梢涡空泡。螺旋桨载荷越重，这种趋势越明显。本系列的叶梢卸载程度随载荷增高而更加显著，用于载荷高的螺旋桨的螺距比P/D将更低，故本系列采取了表1所示叶梢卸载螺距比变化。

图3 JQ-5-81系列螺旋桨推力下降限界Jp～σ

图4 螺旋桨螺距变化图谱

表1 叶梢卸载螺距比变化

5.桨叶剖面宽度C/D及拱度f/D值

本系列螺旋桨盘面比值为：当桨毂径比d/D≈0.25时，EAR≈0.81；若用于调距桨，d/D≥0.30时，EAR≈0.75。本系列螺旋桨叶宽分布C/D及剖面拱度分布f/D～f（）数据列于表2。表中，C/D的数值，在标记“/”以上为定距桨；标记“/”以下为调距桨的叶宽，根据桨毂形状需要及几何光顺要求，带“*”数据为可随需要选定数值。对于定距桨r=0.25剖面为强度校核剖面，其宽度可按图纸布置设定；对于调距桨，r=0.35剖面为强度校核剖面，需根据桨叶布放及调距——转动桨叶要求设定。还要特别提出的是：当螺旋桨轴斜向伸出船底时，为避免斜流引其桨叶根部剥蚀，可以采用负拱度的剖面。负拱度剖面在斜流中运转时，其形状和流体动力（空泡）互相影响，可以起到“减蚀孔”的作用，实际应用中也确实避免了出现以前在三叶桨上常见的叶根叶面剥蚀。

表2 系列螺旋桨相对宽度C/D及剖面拱度f/D

6.桨叶剖面翼型及拱度分布

本系列螺旋桨采用美国NACA16和NACA66型翼型剖面。桨叶剖面拱度分布采用NACA推出的“a”系列，其中，最常用a=0.8[由剖面导边沿到80%弦长处压降系数相等，从导边驻点开始压降系数值保持不变，直到100%弦长（a=1.0）处，或到80%弦长（a=0.8）处起，逐步下降到压降系数为0的剖面]。后来，为适应伴流不均匀，俄国人公布了对拱度分布修正，在导边区的5%～20%弦长区间，将压降系数由0逐步降到设定等值。因此，整个剖面上压力分布如同一个“梯形”区，称为”屋顶式“压力分布。例如，a=0.8，b=0.10，就意味着剖面弦长由0到10%弦长（b=0.10）处，压降系数才达到设定值，在距导缘80%弦长处（a=0.8）开始下降，降到随边压降值系数为0。

本系列螺旋桨各半径2r/D的剖面翼型和拱度分布见表3。

表3 各半径剖面翼型和拱度分布

7.桨叶厚度的确定

为保证螺旋桨叶应有足够强度，可按世界各船检局各自提供的螺旋桨叶强度校核规范，据以得出船检（船东）认可的桨叶厚度（r=0.25或r=0.35及r=0.60处厚度）。在研发40°侧斜的本系列定距桨时，曾对这类螺旋桨的强度，特别是倒车（倒转）强度表示关注。在几何相似条件下，认为流体动力、材料应力相似，要求各对应点的应力水平（实际应力与允许应力比）相同。推出桨叶厚度确定式：

式中：t——计算半径r处的桨叶剖面最大厚度/mm；

PD——螺旋桨强度校核功率，通常为主机输送到螺旋桨的最大功率/k W；

n——螺旋桨转数/s-1；

D——螺旋桨直径/m；

k——螺旋桨材料许允应力影响因子（见表4）。

F（r）——认为本系列螺旋桨的各剖面的应力水平相同，计算半径处的值，该经验数据可按式（4）求得

表4 材料许允应力影响因子k

为确保螺旋桨叶的倒车强度，距桨叶剖面随边5%弦长处的叶片局地厚，可按下列尾端厚ts的要求，适当取定：

ts≥πD0.65mm，D——以m计。

8.桨叶的侧斜

按各船检局的一致规定：在桨盘（投影）面内，桨轴心到叶剖面中点连线与桨叶参考线的夹角，为该剖面侧斜角，由参考线沿水流方向到剖面中点为负。剖面间最大侧斜角θsk与最小侧斜角θsk的差值为螺旋桨侧斜度。本系列螺旋桨各剖面侧斜角按表5确定。

表5 JQ-5桨叶的侧斜角θsk*分布

*注：表中θsk所指沿水流下洗的方向为“-”。

也可按下式计算θsk=-45.8+211-194

9.桨叶剖面中点在桨轴向的位置及预置纵倾

本系列螺旋桨的轴向位置，按本书专题报告第1篇的标记：桨叶剖面轴向位移（Total Axial Displacement，TAD），是剖面母线轴向位移值。轴向位移由两种因素造成，一是剖面（中点）在已知螺距角的螺旋线上侧斜所致，即“8”节中的SIAD，还有是基于流体动力设计所设定的预置纵倾（Rake），通常表示为“a”。

桨叶剖面沿桨轴向的最终移动位置为（5）TAD=SIAD+Rake，TAD/D=SIAD/D+a/D

桨叶各个剖面的中点位置迹线，是一条周向侧斜、桨轴方向弯曲的空间曲线——掠迹线。本系列推荐式（6）确定桨叶剖面各半径=2r/D中点的掠迹线：

后 记

自1986年起，本系列鹰翅型螺旋桨已经在约7型各类军民舰船得到采用，除满足推进要求外，实际航行结果还表明：装备这种螺旋桨后，舰船体振动确实较轻，比我国此前采用CK图谱设计的螺旋桨诱发的振动幅值下降了70%（至少在两型驱护舰和上海—崇明高速渡船——“飞翼”号上测得），航速也略有提高。