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-系列°侧斜螺旋桨

时间:2022-11-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:用于低速单桨民用运输船的四叶螺旋桨。从SQ-4系列中各个盘面比的桨模试验所得空泡斗看,现代低速商船以航速VS≈15kn,σn≈2.0长期运行的情况,盘面比低于EAR<0.5的螺旋桨很难避免空泡、振动、剥蚀之困扰。为解决航速VS≤16kn、桨载荷系数CT=2.0左右的商船螺旋桨设计需要,拥有国内自己的螺旋桨技术资料及螺旋桨系列是必需的,进行研发得到的SQ-4系列,看来其中SQ4-50及SQ4-65两个小系列,具有较宽阔的实用前景。

用于低速单桨民用运输船的四叶螺旋桨。20世纪90年代由国外采购装船的、航速VS≤17kn的商船螺旋桨大多为4叶,盘面比EAR≈0.50左右,多称自有品牌,不同于此前公开发表的“B”、“MAU”等系列。只有苏联《船舶原理手册》[3](1985版)发表了一批针对性较强、服务面较窄的小型系列。其中M465系列主要用于低速船,自称是在B系列桨基础上发展起来的。该系列的盘面比EAR=0.65,而当时外购的船用桨的EAR≈0.50左右,即比M4-65的盘面比更小,推进效率上有优势。鉴于所述情况,决定以M4-65系列的螺距比P/D和拱度比f/C组合分布为基础,采用EAR=0.50方案为基本方案,进行本系列开发。除按比例减小桨叶宽度C/D外,为适应桨叶可以减振的潮流,将M4-65原有的约θsk≈7°放大到固定值θsk=20°;又参照在多型船用桨上设定非线性纵倾,证实有利于减弱梢涡空泡及提高桨效率的实践经验,为SQ 4系列桨专门设定了非线性纵倾。

SQ 4系列桨包含盘面比EAR=0.50的组合外,还包括盘面比为0.35、0.65、0.80的多个桨模,总共十余只桨模。系列中最高螺距比为P/D=1.05,对于载荷系数CT≈2.0的螺旋桨,因受到主机转数等因素所制约,鲜有采用P/D>0.9的情况。SQ-4-50系列的几何数据见表1。

桨的螺距比范围为(P/D)=0.6~1.0。桨的性能曲线KT、KQ~JP及空泡初生斗~JP曲线见图1。计及P/D变化引进的对桨叶纵倾TAD/D修正值TAD/D=(TAD/D)P/D=1.0×,实际桨叶梢点到桨盘面原点的夹角(通常称为后倾角)ψ=tan-1[(TAD/D)/(P/D)]=tan-1[(TAD/D)×2],则当(P/D)=0.6时,TAD/D=0.0800×=0.0949,ψ=tan-1[2×0.0949]=10.75°;当(P/D)d=1.0时,ψ=tan-1[2×0.0800]=9.09°。

当按设计任务书的要求,选取桨直径D及由图1找满足与船—机匹配的SQ 450螺旋桨应有的螺距比(P/D)=(P/D)0.7后,可到图2上找到设计选定桨在各r处当地的P/D及f/C值。图2曲线专指SQ 450的桨,SQ 450系列和苏联M465的P/D~、f/C~完全一样,但盘面比缩小了,相应叶宽C/D缩小了30%。得到整个桨各r处的P/D、f/C后,可以知道实桨各半径处的螺距P及桨叶拱度最大值f0。在按强度要求计算并确定桨叶厚度后,可按图2确定剖面拱度的弦向分布,按图5根据t0/C值确定剖面厚度的弦向分布,参照表1中侧斜角θsk、纵倾TAD/D等,确定桨叶全部几何形状数据。

同理,按设计要求,选取桨直径D及由图3找到满足与船—机匹配的SQ-4-65螺旋桨应有的螺距比P/D=(P/D)0.7,再到图4上找选定桨的P/D及f/C值。SQ-4-65系列桨与M465比较,除了增大侧斜θsk、设置非线性纵倾TAD/D之外,剖面的拱度f/C也有变化。

所有试验桨模均为D=240mm,试验转数~1500r/min。其中SQ-4-65系列的几何数据见表2,表中数据只有C/D值与表1有别。

表1 SQ-4-50桨几何数据

表2 SQ-4-65桨几何数据

关于SQ-4系列,上海船舶设计院曾将SQ-4-50中一个方案与按测绘所得数据制作的仿日本PAI桨模比较,发现两者在满载和压载航行速度方面,各有上下,差别均小于千分之二;而SQ-4桨模的各测点,各阶脉动压力,仅均为PAI桨模的~30%左右。关于SQ-4系列的俄罗斯蓝本M4-75,有信息显示,被北欧一些公司所青睐。例如,当江南造船厂建造的、装备ABB公司吊舱推进器的某船,航行中出现螺旋桨唱音时,为应对买方的质询,ABB公司回应说:“螺旋桨是委托俄罗斯设计的,……”看来,著名的大公司,在遭遇螺旋桨问题困扰时,也要寻找依托,而拥有M4-65等知识的院所,充当了相应角色。

对SQ-4系列桨中各盘面比EAR的有限桨模的试验数据,整理成图谱和空泡斗图后发现:EAR对推进效率的影响,随着EAR增大,效率系数ηP的峰值ηPmax下降,而且出现在更低的进速系数JP值处,在EAR=0.50~0.65区间变化比较平缓。关于空泡斗的情况,随着EAR增大,空泡斗谷底的数值σn min变小,即空泡出现被推迟到更高的桨转数和更浅的吃水[σn=2(pa+ρg H-e)/ρn2D2]。空泡的出现并不与盘面积成线性正比关系,当EAR≥0.65后,增大盘面积不能明显降低初生空泡数(推迟空泡形成)。

SQ4系列是以M4-65系列为范本的,包括P/D、f/C分布规律及翼型相同,其中的EAR=0.65方案,两者的差异在于SQ-4-65的f/C值,小了约30%,还改变了侧斜(由θsk≈7°改到θsk=20°)和增加了非线性纵倾。意在控制桨叶梢部由叶面向叶背的径向绕流(梢涡流),实践证实取得了效率和控制梢涡空泡方面的好处。

从SQ-4系列中各个盘面比的桨模试验所得空泡斗看,现代低速商船以航速VS≈15kn,σn≈2.0长期运行的情况,盘面比低于EAR<0.5的螺旋桨很难避免空泡、振动、剥蚀之困扰。

从国际市场上采购的螺旋桨,多以“知识产权保护”的名义,不提供技术设计资料,有时甚至连图纸都不全。为解决航速VS≤16kn、桨载荷系数CT=2.0左右的商船螺旋桨设计需要,拥有国内自己的螺旋桨技术资料及螺旋桨系列是必需的,进行研发得到的SQ-4系列,看来其中SQ4-50及SQ4-65两个小系列,具有较宽阔的实用前景。所以在整理本资料时,仅收入以上两个小系列。对于有其他使用要求的船舶螺旋桨,应该寻找别的(叶数、螺距分布、侧斜等)解决办法。

还要提出的是,现代螺旋桨系列数据资料中,均包含了空泡情况的资料,可用来判断设计方案的空泡情况,在船后和桨的什么部分、什么航态,会否出现空泡,出现何种空泡。与50多年前比,根据圆背型翼型等螺距螺旋桨汇集的实船经验数据所推荐的一些空泡限界线和经验公式,可以更准确地判定螺旋桨在船后伴流场中的空泡、振动、剥蚀性能。因此,所述限界线已完成其历史使命,何况这些限界线主要依据剥蚀情况制订,推出限界当时在限界线上下都有出现剥蚀的例子。

本资料中含SQ-4-50系列的性能、空泡曲线图1及螺距比P/D、拱度f/C分布图2,桨叶剖面弦向拱度分布关系及弦向厚度分布图5(计及了NACA-66系列剖面倒车强度及冰区航行要求)。还有SQ4-65系列的性能、空泡曲线图3及螺距比P/D、拱度f/C分布图4。

图1(a) SQ-4-50系列桨推力系数KT、空泡斗(θsk=20°)

(试验模型D=240mm,转数1500r/min)

图1(b) SQ-4-50系列桨扭矩系数KQ及推进效率ηP

图2 SQ-4-50系列桨螺距比P/D分布及拱度f/C分布图谱

图3(a) SQ465系列桨推力系数KT、空泡斗图(θsk=20°)

试验模型D=240mm,转数1500r/min(空泡筒),转数900r/min(水池

图3(b) SQ-4-65系列桨扭矩系数KQ及推进效率ηP

图4 SQ-4-65系列桨螺距比P/D分布及拱度f/C分布图谱

图5 剖面厚度分布(苏联-ИК-75及ИК-80-冰区加强)

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