螺旋桨设计与绘制汇总.doc
螺旋桨设计毕业设计
螺旋桨设计毕业设计一、前言1.研究背景和意义螺旋桨是一种将旋转机械能转化为推力的装置，广泛应用于船舶、飞机、潜艇等领域。
螺旋桨的研究背景和意义如下：（1）.提高推进效率：螺旋桨的设计和性能直接影响到船舶、飞机等交通工具的推进效率。
通过研究螺旋桨的流场、水动力性能等，可以优化螺旋桨的设计，提高推进效率，降低能耗。
（2）.改善船舶操纵性：螺旋桨的设计和布局对船舶的操纵性有很大影响。
通过研究螺旋桨的水动力性能和流场分布，可以优化船舶的操纵性，提高船舶的航行安全性。
（3）.降低噪音和振动：螺旋桨在运转过程中会产生噪音和振动，对环境和人员造成不良影响。
通过研究螺旋桨的流场和水动力性能，可以采取相应的措施降低噪音和振动，提高交通工具的舒适性。
（4）.推动新技术的应用：随着计算流体力学（CFD）等新技术的发展，螺旋桨的设计和分析方法也在不断更新。
通过研究螺旋桨的设计和性能，可以推动新技术的应用，提高设计水平和效率。
2.研究目的和问题研究螺旋桨的目的主要包括提高推进效率、降低噪音和振动、改善船舶操纵性以及推动新技术的应用等。
以下是一些目前在螺旋桨研究中存在的问题：（1）.效率提升：尽管现代螺旋桨的设计已经取得了很大的进步，但在某些情况下，仍然存在效率低下的问题。
提高螺旋桨的效率可以降低能耗，减少对环境的影响。
（2）.噪音和振动：螺旋桨在运转过程中会产生噪音和振动，对环境和人员造成不良影响。
降低噪音和振动是螺旋桨研究中的一个重要问题。
（3）.空泡现象：在高航速下，螺旋桨周围的水流可能会产生空泡，从而导致推力下降、噪音增加以及螺旋桨的损坏。
如何有效地控制空泡现象是一个亟待解决的问题。
（4）.材料和制造工艺：螺旋桨在高速旋转和海水腐蚀的环境下工作，因此对材料和制造工艺的要求很高。
开发高性能材料和先进的制造工艺是提高螺旋桨性能的关键。
（5）.多学科优化：螺旋桨的设计涉及到流体力学、结构力学、材料科学等多个学科领域。
如何将这些学科知识有效地整合到螺旋桨的设计过程中，实现多学科优化，是一个具有挑战性的问题。
某内河拖船螺旋桨设计
况螺旋桨 的工作状态相差很大 。
一
般来 说 ，可 以根 据拖船 的使用 情况 来决定 螺旋
桨 的设 计工况 。例如 ，专 门用 于拖带 驳船 队的拖船 ， 其大 部分工作 时 间用 于拖带 ，则 以拖 带状态设 计螺旋 桨 。本设计项 目就 以拖带状态设 计螺旋 桨。
２ ． ４ ． １设 计航速 时的有效推力 （ 表５）
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｍａ ｎ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐｒ ｏ ｐｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ， ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｐｉ ｔ ｃ ｈ ｔ ｈ ａ ｎ ，ｔ ｈａ ｎ， ｄｉ ｓ ｋ ｂｌ ａ ｄ ｅ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｓ ｕｃ ｈ ａ ｓ ｐｒ ｏｆ ｉｌ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｗｏ ｒ ｋ， ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｉ ｎｌ ａ ｎｄ ｓ ｈ ｉ ｐ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ Ａ ｔ ｕｇ ｐ ｒ ｏ ｐｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ．
Ｔｈｅ ｉ ｎｌ ａ ｎｄ ｔ ｕ ｇ ｐｒ ｏ ｐｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
Ｚｈ ｅ ｎ ｇ Ｈｕ ａ
（ Ｔ ｈ ｅ Ｍｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｒ ｙ Ｃ ｏ ｍｍｉ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｎｏ ． ７ ５ ０ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｉ ｒ Ｌ Ｇ ｕ ｎｇ ａ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｇｕ ｎｇ ａ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ５ ６）
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ；ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ；ｐ ｉ ｔ ｃ ｈ ｏ ｆ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ；ｐ ｉ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ；ｐ ａ ｄ ｄ ｌ ｅ ｏ ｕ ｔ ｌ ｉ ｎ ｅ
螺旋桨制图
柯枭冰
2014-06-17
Ⅰ 画3个图的桨叶参考线OU（注意侧视图中的纵斜角）
Ⅱ 画10个半径处的等分线
量取距离的时候一定注意制图比例（对整张图有效）！
100
1 伸张轮廓图
◆
伸张轮廓
假想线—虚线表示
126.29
上表见《螺旋桨计算书》第14页
204.22 281.79
Hale Waihona Puke 1 伸张轮廓图d1dh
d2
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
r1=0.033D，r2=0.044D
5 标注尺寸、型值表、主尺度、标题栏
5 标注尺寸、型值表、主尺度、标题栏
欢迎提问！
螺旋桨制图
柯枭冰
2014-06-18
a
N’
P 2
2 正视图
◆从船后向船首看
N
a
b
b
a
N’
P 2
2 正视图
◆顶点绘制
N
N’
2 正视图
◆顶点绘制
a
a
2 正视图
光 顺 连 接 各 点
3 侧视图
◆从右舷往左舷看
3 侧视图
◆从右舷往左舷看
N
N’
3 侧视图
◆从右舷往左舷看
N
H'
A' H1 A1
N’
3 侧视图
◆从右舷往左舷看
◆桨叶切面
X-叶片横坐标，Yo-叶背纵坐标，Yu-叶面纵坐标
螺旋桨设计
7螺旋桨设计螺旋桨设计主要有两部分工作：⑴、确定设计船的阻力或有效功率曲线EHP⑵、据此进行螺旋桨设计并预报设计船航速7.1阻力或有效功率的估算当主尺度和船型系数确定以后，必须知道自己功率以确保船舶达到规定的航速，或如果主机功率已知，则需估算阻力或有效功率以预报船舶的设计航速，进而可初步分析比较各种方案的优劣。
可采用海军系数法，比较估算法（具体公式参照《船舶原理》教材）。
采用艾尔法来估算有效功率曲线，具体方法如下：依据《船舶原理》上册第7章，第2节的经验公式之一的艾尔法公式7.1.1艾尔法的基本思想艾尔法首先针对标准船型直接估算有效功率，然后根据设计船与标准船之间的差异逐一进行修正，最后得到设计船的有效功率值。
7.1.2根据艾尔法进行列表计算下面是计算表格：表7.1 艾尔法计算有效马力速度v（kn） 8 9 10 11 12弗洛德数vs/sqrt(gL) 0.15662 0.176196 0.19577 0.215351 0.23493标准C0查图7-3 440 430 410 390 350标砖Cbc查图7-5 0.83 0.79 0.76 0.73 0.695实际Cb(肥或痩)（%）-6.75,肥-12.15肥 -16.5肥-21.3肥-27.4肥Cb修正（%）若肥：Cb肥（%）x3x实际Cb -78.907 -138.889 -180.67 -221.524 -255.67 vs/sqrt(L) 0.49046 0.551769 0.61308 0.674384 0.73569已修正Cb之C1 361.093 291.1111 229.326 168.4757 94.3348B/T修正（%）=-10Cb（B/T-2）% -0.3323 -0.33225 -0.3323 -0.33225 -0.3323B/T修正数量，△2[式(7-23)] -119.97 -96.7217 -76.194 -55.9761 -31.343已修正B/T之C2 241.12 194.3894 153.132 112.4997 62.9921标准xc，%L，船中前或后，查表7-5 0.95 0.79 0.55 0.16 -0.6实际xc，%L，船中前或后0.862 0.862 0.862 0.862 0.862相差%L，在标准者前或后0.125 -0.1022 -0.443 -0.9971 -2.076xc修正（%),查表7-7（b）3.7 3.2 2.6 2.1 1.5(△3)0 8.92143 6.22046 3.9814 2.36249 0.9448xc修正数量，△3[式（7-25）] 0 0 0 0 0已修正xc之C3 241.12 194.389 153.13 112.499 62.992长度修正（%）=（Lwl-1.025Lbp）/Lwl×100% -0.1165 -0.1165 -0.116 -0.1165 -0.116 长度修正数量，△4式[(7-25)] -0.2807 -0.2262 -0.178 -0.1309 -0.073已修正长度C4 240.839 194.163 152.95 112.368 62.918V3s 512 729 1000 1331 1728Pe=△0.64V3s/C4×0.735(kW) 299.052 528.158 919.69 1666.23 3863.3peb(无附体) 276.9 489.035 851.56 1542.80 3577.2Pe(hp) 406.597 718.094 1250.4 2265.44 5252.7根据计算结果，可以得到有效马力曲线，表7.2 有效马力曲线表V(kn) 8 9 10 11 12Pe(hp) 406.59 718.094 1250.43 2265.444 5252.727.2螺旋桨图谱设计7.2.1初步确定螺旋桨的最佳转速7.2.1.1 螺旋桨的叶数依据《船舶原理》下册第8章的有关内容，螺旋桨的叶数与主机气缸数的比值不能为整数（否则会对船体振动不利）。
螺旋桨制图 课程设计之完整版优秀课件
A'
N
N’
3 侧视图 ◆从右舷往左舷看 b'
S1
b' S
b'
21
S'
S1
3
3 侧视图 ◆顶点绘制
轴向位置
径
向
位
置
T'
T1
T1
3 侧视图
◆顶点绘制
◆最大厚度线
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
5 包毂线—桨叶叶面与桨毂的相交线
r1
dh
r2
2
2
2
d h 1 8 % D ,r 1 0 . 8 5 0 . 9 5 d h ,r 2 1 . 1 d h
P 2
2 正视图 ◆从船后向船首看
N
a
b
a
N’
P 2
2 正视图 ◆从船后向船首看
ab
N
b
a
N’
2 正视图 ◆顶点绘制
N N’
2 正视图 ◆顶点绘制
a
a
2 正视图
光 顺 连 接 各 点
3 侧视图 ◆从右舷往左舷看
3 侧视图 ◆从右舷往左舷看
N N’
3 侧视图 ◆从右舷往左舷看
N
N’
3 侧视图 ◆从右舷往左舷看
螺旋桨制图 课程设计之完 整版优秀课件
为什么制图？
终结设计
总图绘制
施工制造
布局
1 画3个图的桨叶参考线OU（注意侧视图中的纵斜角） 2 画10个半径处的等分线
1 伸张轮廓图
◆伸张轮廓
126.29
上表见《螺旋桨计算书》第14页
204.22
281.79
1 伸张轮廓图
◆桨叶切面
船舶推进_螺旋桨图谱设计
2 5
75PD Q 2πn
2 πρ K Q
PD --- 螺旋桨收到马力 ( hp )
75 J 5
PD n 2 5 VA
VA --- 螺旋桨进速 ( m/s )
n ---为螺旋桨转速( r／s )
2 πρ K Q 75 J 5 PD n 2.5 VA
7
8.1 螺旋桨的设计问题及设计方法
一、螺旋桨的初步设计
对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设 计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决 定主机的转速及功率，并据此订购主机。
选定桨的直径D
船速 V
有效马力 PE
确定桨的最佳转速n、效率η0、 螺距比P/D、主机马力PS
确定桨的最佳直径D、效率η0、 螺距比P/D、主机马力PS 选定桨的转速n
船舶推进 Ship Propulsion
华中科技大学船海学院
1
课程安排
第1 章 第2 章 第3 章 第4 章 第5 章 第6 章 第7 章 第8 章 第9 章 概述（2学时） 螺旋桨几何特征（2学时） 螺旋桨基础理论（3学时） 螺旋桨模型的敞水试验（4学时） 螺旋桨与船体相互作用（4学时） 螺旋桨的空泡现象（4学时） 螺旋桨的强度校核（4学时） 螺旋桨图谱设计（7学时） 实船推进性能（2学时）
③ AUw型 --- 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 )，在六叶 上采用这种型式。 ④ MAUw型
22
8.2 B-δ型设计图谱及其应用
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型的四叶螺旋桨系列就是采用这种 形式。
螺旋桨设计与绘制
单位
数值
0.25R
0.6R
弦长b
m
1.3256
1.8217
1.3889
1.3889
D/P
1.3889
1.3889
634
207
250
151
1410
635
4
34
2352.636
844.1636
55923.4
14601.71
82
23
34
12
41
65
380
330
1376.111
1178.611
材料系数K(铝镍青铜）
0.724
0.704
0.686
0.606
0.593
0.576
0.564
0.548
5.09
5.41
5.72
6.02
6.34
8
9180
10573
11985
13397
15079
9
主机马力
9464
10900
12355
13812
15546
10
计算螺旋桨能克服的有效马力
7288
8214
9043
9899
10825
有上表可绘制确定最佳转速的图，如图4-2.
根据 和 的交点可获得：最佳转速为N=102r/min，所需主机马力为11500hp，P/D=0.732， =0.582。
图4-2确定转速的计算结果
1.1.5
根据初步设计的结果，选定主机型号为苏尔寿5RTA68柴油机一台，最大持续功率为13250hp，转速为102r/min，旋向为右旋。
目前常使用螺旋桨模型空泡实验或大量实船资料整理所得的图谱，或由统计数据归纳而成的近似公式进行空泡校核。
螺旋桨设计
计算步骤
1
2
r/R
面积系数Ka
0.2
0.674
0.3
0.674
0.4
0.674
0.5
0.6745
0.6
0.6745
0.7
0.677
0.8
0.683
0.9 1 1、螺旋桨重量
书P100
0.695 0.7
（1）叶片重量（未计及填角料） 每片重量=(1/3*(R/10)*∑
6+0.166*0.02*R)*γ=1388.54kgf 4个叶片重量 =4*1388.54=5554.16kgf
单位 kn m/s
hp hp
hp hp
hp hp
110%超载航行时可达最大航速约 为V=15.224kn,主机马力为 10499.81hp 满载航行，N=158r/min时，可达 最大航速约为V=15.64kn,主机马 力为10345.16hp,与设计要求基本 一致。
12、螺旋桨计算
总结
螺旋桨直径 螺距比 型式 叶数 盘面比 纵倾角 螺旋桨效率 设计航速 縠径比 旋向 材料 重量 惯性矩
D=4.83m P/D=0.7521 MAU 4 AE/A0=0.753 ε=8° η0=0.56 Vmax=15.64kn dh/D=0.186 右旋 铝镍青铜 9736.43kgf 111601.8kgf*cm*s²
13 2655 2351 2921
13 3451.5 3056.3 3797.3
kn
BP=NPD½/VA5/2
BP½
δ
P/D
MAU4-40
η0
PTE=PDηHη0
hp
δ
P/D
MAU4-55
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第1章螺旋桨设计与绘制
1.1螺旋桨设计
螺旋桨设计是船舶快速性设计的重要组成分。
在船舶型线初步设计完成后，通过有效马力的估算获船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。
在此基础上，要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又能使消耗的主机马力最小；或者当主机已经选定，要求设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。
螺旋桨的设计问题可分为两类，即初步设计和终结设计。
螺旋桨的初步设计：对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速计效率决定主机的转速及马力。
终结设计：主机马力和转速决定后，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。
在本文中，根据设计航速17.5kn，设计螺旋桨直径6.6m，进行初步设计，获得所需主机的马力和主机转速，然后选定主机；根据选定的主机，计算最佳的螺旋桨要素及所能达到的最大航速等。
1.1.1螺旋桨参数的选定
（1）螺旋桨的数目
选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能、震动、操纵性能及主机能力等各方面因素。
若主机马力相同，则当螺旋桨船的推进效率高于双螺旋浆船，因为单螺旋桨位于船尾中央，且单桨的直径较双桨为大，故效率较高。
本文设计船的设计航速约为17.5kn的中速船舶，为获得较高的效率，选用单桨螺旋桨。
（2）螺旋桨叶数的选择
根据过去大量造成资料的统计获得的桨叶数统计资料，取设计船螺旋桨的叶数为4叶。
考虑到螺旋桨诱导的表面力是导致强烈尾振的主要原因，在图谱设计中，单桨商船的桨叶数也选为4叶。
（3）桨叶形状和叶切面形状
螺旋桨最常用的叶切面形状有弓形和机翼型两种。
弓形切面的压力分布较均匀，不易产生空泡，但在低载时效率较机翼型约低3%~4%。
若适当选择机翼型切面的中线形状使其压力分均匀，则无论对空泡或效率均有得益，故商用螺旋桨
采用机翼型切面。
根据以上分析，选择MAU4叶桨系列进行螺旋桨设计。
1.1.2 螺旋桨推进因子
螺旋桨的伴流分数取螺旋桨以等推力法进行敞水实验获得的实效伴流：
0.404ω=
推力减额按照汉克歇尔关于单桨螺旋桨标准商船公式进行计算：
0.500.120.22P t C =-=
主机的轴系传递效率： 0.97s η= 相对旋转效率： 1.00R η= 船身效率： 1 1.311H t
ηω
-=
=-
1.1.3 有效马力曲线
有效马力曲线表征的是船体阻力特征。
通过近似估算获船模阻力计算实验来
确定船体的有效马力曲线。
对应于不同装载情况下有不同的有效马力曲线，常用的为满载和压载。
考虑到由于风浪或污底等情况，尚需增加一定百分数的有效马力预度。
本文取满载和110%满载情况进行设计。
表4- 1有效马力曲线
根据上表可绘制设计船在满载情况下的有效马力曲线
图4- 1有效马力曲线
1.1.4 初步设计
根据有效马力曲线，设计航速17.5kn ，设计螺旋桨直径6.60m ，以MAU4-55系列桨为基础，计算所需的主机马力和最佳转速。
具体的计算表格见表4-2
表4- 2初步设计确定最佳转速的计算
序号 名称 单位 数据 1 螺旋桨直径
m 6.6 2 11H t
ηω
-=
- 1.31 3 (1)A V V ω=-
kn 10.43 4 E P
hp 8566 5 假定一组转速N r/min 95 100 105 110 115 6
直径系数/A ND V δ=
60.12
63.28
66.44
69.61
72.77
7
查MAU4-55图谱，由δ等值线和最佳效率曲线的交点得到 P/D
0.762 0.742 0.724 0.704 0.686 0η
0.606 0.593 0.576 0.564 0.548 p
B
5.09
5.41
5.72
6.02
6.34
8
25
2
P A D B V P N
= 9180 10573 11985 13397 15079
9
主机马力/s D s R P P ηη= 9464 10900 12355 13812 15546
10
计算螺旋桨能克服的有
效马力0TE D H P P ηη=
7288 8214 9043 9899 10825
有上表可绘制确定最佳转速的图，如图4-2.
根据E P 和TE P 的交点可获得：最佳转速为N=102r/min ，所需主机马力为11500hp ，
P/D=0.732，0η=0.582。
图4- 2确定转速的计算结果
1.1.5 终结设计
根据初步设计的结果，选定主机型号为苏尔寿5RTA68柴油机一台，最大持续功率为13250hp ，转速为102r/min ，旋向为右旋。
采用MAU4叶桨图谱进行计算 取功率储备10%，轴系效率 0.97s η=
螺旋桨敞水收到马力：s =132500.911567.25()D R P hp ηη⨯⨯= 根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70-p B δ 计算
表4- 3
图谱设计的计算表
续表4- 4 图谱设计的计算表
根据上表的计算结果可绘制P
TE 、δ、P/D及
η对V的曲线，如图4-3.
从P-()
TE
f V曲线与满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的的
设计航速及螺旋桨最佳要素P/D，D及
η，如表4-4.
表4- 5按图4-3设计计算的最佳要素
MAU Vmax/kn P/D δD/m 0η
4-40 17.81 0.691 65.2 6.79 0.604
4-55 17.66 0.736 64.2 6.62 0.587
4-70 17.43 0.741 64.8 6.60 0.559
图4- 3MAU4叶桨图谱设计计算结果
1.1.6空泡校核
螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀，形成气泡，成为空泡。
一旦桨叶上出现空泡，或导致桨叶表面材料的剥蚀，或时螺旋桨性能恶化。
因此，在设计螺旋桨时，应考虑其是否发生空泡或空泡发展的程度，故需进行空泡现象的预测，以便确定所设计的螺旋桨是否符合要求。
目前常使用螺旋桨模型空泡实验或大量实船资料整理所得的图谱，或由统计数据归纳而成的近似公式进行空泡校核。