【正文】 舵力計算 圖 翼型正航阻力系數(shù)對展弦比的關(guān)系 孫美娜： xx 客位 渡船設(shè)計 42 圖 查表得無因次水動力系數(shù) Cx, Cy, Cp 攻角α 5 10 15 20 25 30 35 Cx Cy Cn Cp 船體伴流分?jǐn)?shù)ω P= 伴流影響系數(shù) k1=（ 1ω P） 2= 槳推力系數(shù)σ p= 螺旋槳尾流影響系數(shù) k2=1+ησ p= 2020屆船舶與海洋工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 43 舵柱影 響系數(shù) k3=1 從偏于安全考慮，可不考慮船槳對來流速度及有效攻角的影響。所以本船選用 NACA00 翼型。但是總的說來，在常用舵角范圍內(nèi)因翼型所致的流體動力差別是不大的。從工藝來說， NACA 翼型較易施工， HEK 翼型隨邊厚度為零且略呈凹形，強度較差又不便施工，JIS 翼型弦長中后部較薄，結(jié)構(gòu)上，需要特別加強。 孫美娜： xx 客位 渡船設(shè)計 38 舵幾何形狀的確定 舵面積的大小對船舶的轉(zhuǎn)動性能起主導(dǎo)作用。直接處在舵柱后的雙支承或多支承不平衡舵常用于破冰船。一般而言，懸掛式平衡舵適用于中小型船舶，尤其適用于雙槳雙舵船。 3）以螺旋槳軸線為界限，舵的上半部和下半部導(dǎo)邊處具有反向扭曲部面的反應(yīng)（整流）舵。 按舵的剖面形狀分 1）簡單平板的平板舵。 2）舵桿軸線在離舵導(dǎo)邊某一位置處的平衡舵。 3）直接懸掛于螺旋槳后的懸掛舵。t 校核結(jié)果 滿足要求 滿足要求 實取槳葉厚度 實際螺旋槳槳葉厚度按荷蘭船模試驗池的厚度分布： =D*= = ， 連直線得 =, = = ,= =, = =, = = 根據(jù)我國船舶及海洋工程設(shè)計研究院提出的公式： 孫美娜： xx 客位 渡船設(shè)計 36 槳葉重： )()1)((1 6 a x1 k g fDDdttZbG b ??? ? 槳轂重： )()( 20 k g fdLDdG Kn ??? 螺旋槳重量： nb GGG ?? 1 螺旋槳慣性矩： 當(dāng) ?Dd 時， )()( a x scmk g fDttZbp ???? ? 當(dāng) ?Dd 時， )()()1 6 6 4 (Im a x scmk g fDttZbDdp ????? ? 式中： maxb 為槳葉最大寬度； 0d 為槳轂長度中央處軸徑 ,可按下面估算 : )(2)(1 0 4 310 mKLNPd KD ??? 所以在本設(shè)計中槳葉重： )( kgfG b ? 槳轂重： )( kgfG n ? 螺旋槳重量： nb GGG ?? 1 = kgf( ) 螺旋槳慣性矩： ?p ( 2scmkgf ?? ) 螺旋槳計算總結(jié) 螺旋槳直徑： D=(m) 螺距比： DP = 型式： MAU 葉數(shù)： Z=5 盤面比： ?0AAE 螺旋槳效率： 0? = 設(shè)計航速： maxV = 旋向：外旋 轂徑比： ?Ddh 材料：鋁鎳青銅 重量： G = )( kgf 慣性矩： ?p ( 2scmkgf ?? ) 2020屆船舶與海洋工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 37 第 6 章 舵設(shè)計 舵的分類 和選擇 按舵與船體連接方式分 類 1）置于舵柱或呆木后的雙支承或多支承的普通舵。 ?? OEd AAA P/D= D= 0? = ?V kn 按 2020 年《規(guī)范》校核 ,(見下表 )，應(yīng)不小于按下式計算之值： XKYt ?? nNA e eZbY 1? ZbGX DNAA d1010322? 計算功率 Ne=200*=190(kw) Ad=AE/AO= P/D= ε =10186。 按上圖設(shè)計計算的最佳要素 MAU knVmax DP ? mD 0? 550 565 580 按柏利爾空泡限界線中商船上限線，計算不發(fā)生空泡之最小展開面積比。因此，包括表面粗糙度影響的船體摩擦阻力，出自《船舶原理》（上冊）（上海交通大學(xué) .盛振邦、劉應(yīng)中編 .P176 公式（ 238） 21() 2f f fR C C V S?? ? ? ? 2020屆船舶與海洋工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 31 式中： —— 船舶摩擦阻力， —— 摩擦阻力系數(shù)，取 —— 粗糙度補貼系數(shù) —— 水的密度，根據(jù)《船舶原理 》 P341 附表得到當(dāng)溫度為 時的值是 3kgm 可變?yōu)? 24kg s m? —— 設(shè)計航速， —— 濕水面積， 因此摩擦阻力 計算剩余阻力 根據(jù)《船舶原理》（大連海事大學(xué)，蔣維清）書中 P142 公式： 212rrR C V S?? 其中： —— 船舶剩余阻力， —— 剩余阻力系數(shù) —— 水的密度，根據(jù)《船舶原理》 P341 附表得到得到當(dāng)溫度為 時的值是 kg/m3可變?yōu)? 24kg s m? —— 設(shè)計航速， —— 濕水面積， 其中因為剩余阻力系數(shù) rC ? eC + wC （ eC 是粘性阻力系數(shù)， wC 是興波阻力系數(shù)， f是傅汝德數(shù)），在實際的取值計算過程中，我們可以運用公式 wLf V gL? （該公式出自《船舶原理》（大連海事大學(xué)，蔣維清）書中 P144）和幾何相似的圖譜進行較為精確的取值，從而得到剩余阻力系數(shù) 。 船體主要參數(shù) 水線長 L wl 垂線間長 Lpp 型寬 B 型深 D 設(shè)計吃水 d 槳軸中心高 zp 排水量 △ 15t 本船的 B/D= D/d=2 Lpp/B= B/d= 主機主要參數(shù) 型號 TAD532GE 二臺 額定功率 Ps=100kw 額定轉(zhuǎn)速 N=1500r/min 傳送效率 η s= 即 推進因子 伴流分?jǐn)?shù) w=； 推力減額 t= 船身效率 η h=1。 2020屆船舶與海洋工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 29 第 5 章 螺旋槳設(shè)計 前言 本船為 xx 客位 專用客渡船。型值表見型線圖。 設(shè)計水線以上的橫剖線根據(jù)初始確定的甲板邊線對應(yīng)點和和水下橫剖線，用曲線光順連接。設(shè)計水線以下的橫剖線可按下圖（圖 和圖 ）的方法進行。 本船從 10－ 25設(shè)置了雙層底，雙層底高度為 400mm. 孫美娜： xx 客位 渡船設(shè)計 28 型線圖設(shè)繪 型線圖采用自行設(shè)繪法 設(shè)繪。從使用方面來看，貨船裝載干貨時，為了便于裝貨和清艙，貨艙區(qū)必須設(shè)置雙層底，雙層底的空間可用于裝載油水和壓載水。 船底 本船的船底采用雙層底。但也帶來了一些不利影響，如建造工藝復(fù)雜，建造成本增加，錨設(shè)備的布匹及停靠操作困難。 船首形狀 本船船首采用傾斜 首。梁拱值 fM= 米取的 B/110，內(nèi)河 船的標(biāo)準(zhǔn)梁拱值為 B/50，一般取 B/50～ B/100，因為設(shè)計船甲板 上載客 ，全船重心高，為了不使重心過高，梁拱取小值為好，加上貨物空隙大，便于排水。 甲板線 根據(jù)舷弧修正，首舷 弧為 米 ，由于尾部 機艙足夠大，舷 墻 列板比較高，為了便于施工，尾部沒有設(shè)舷弧。螺旋槳葉梢與輪廓線之間的空隙為 米 左右。設(shè)計船尾用常規(guī)螺旋槳船尾，其實現(xiàn)代多數(shù)雙槳船采用特殊船尾，有利于推進效率和震動，但型線設(shè)計復(fù)雜，只能用常規(guī)雙槳船的尾部輪廓線。側(cè)面輪廓線是船體形線最基本的邊界線，也是船體形狀特征的重要控制要素之一。 中剖面形狀 設(shè)計船屬于小型甲板散貨船，船寬不是特別大，一般這類船 舭 部不 升 高，設(shè)計船采用圓弧舭部，其半徑為： 1 2(1 )2( 1 / 4)MBd CR ????? ????? 式中： B= 米， d=， CM= 帶入式中得， R= 米。 根據(jù)上述分析，船的前體橫剖面采用 U型剖面。 首部橫剖線形狀 （ 1） 靜水阻力方面 V 形的橫剖線形狀濕表面積較小，可減小摩擦阻力，同時 它的舭部較瘦，有利于減少豐滿船的舭部旋渦。 孫美娜： xx 客位 渡船設(shè)計 26 （ 4）設(shè)計水線的平行中體長度。設(shè)計水線在尾端的寬度應(yīng)能蓋住螺旋槳和舵，以利于對槳和舵的保護。在一般情況下，它對阻力的重要性次于首段形狀，為減緩水流分離，尾段要求保證順滑。豐滿的低速船興波阻力所占比例較小，且大的 PC 對應(yīng)的水線面系數(shù)也大，如采用削瘦的首端水線反而會造成嚴(yán)重的水線 突肩，對阻力性能不利，故常用凸形或接近直線形。凹形的水線有利于減小首波壓力沿船前進方向上的分量，從而降低阻力。 根據(jù)分析可知，設(shè)計船取較大的水線面系數(shù) WC 為好，由經(jīng)驗公式估算取： CW= Cb = （ 2）設(shè)計水線的首端形狀 設(shè)計水流首端形狀有凸形、直線形和凹形。 從穩(wěn)定性方面看，顯然 WC 大則初穩(wěn)定性高些，而且 WC 大，水上體積相對也增加了，穩(wěn)性復(fù)原力臂也會增大些。 從耐波性方面考慮， WC 對耐波性的影響是顯著的。從幾何形狀的關(guān)系上看， WC 大者，對應(yīng)的橫剖面形狀較接 近 V 形。 設(shè)計水線和橫剖面形 狀的選擇 設(shè)計水線 設(shè)計水線的特征和參數(shù)與橫剖面面積曲線相似，主要有水線面系數(shù) WC 、平行中段長度、端部形狀等。 L WLL R` L E` 圖 畫 橫剖面面積曲線 示意 圖 2020屆船舶與海洋工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 25 由這個梯形，可以作出面積相等的光順曲線，曲線的形狀 符合橫剖面面積曲線的基 本要求。 根據(jù)貝克確定的橫剖面面積曲線兩端形狀可知：菱形系數(shù) 低 于 時，兩端形狀為直線型，結(jié)合上述分析，確定兩端形狀為直線型。 對去流段面積曲線的形狀，以減少水流分離產(chǎn)生旋渦為主要考慮因素，也要兼顧尾端形狀和后肩形狀之間的關(guān)系。 面積曲線進流段形狀的考慮，主要 是 處理好首端形狀和平行中體前端是否出現(xiàn) 突 肩的關(guān)系，這與船速和船體豐滿程度有關(guān)，即應(yīng)與 PC 和 nF 聯(lián)系起來分析。但是，從面積曲線的特征看，引起肩波的位置應(yīng)該是面積曲線在平行中體 前彎曲最急劇的地方。因此設(shè)計中進流段長度應(yīng)避免2/ L Fn? 。理論分析結(jié)果認(rèn)為這種不良干擾發(fā)生在下列情況： 2/ L Fn? 或 2/ L Fn? 或 2/ L Fn? 。 適宜的平行鐘體長度和位置可以通過對進流段和去流段長度的分析來確定。 ① 從阻力方面看：對于前體可以使進流段尖瘦些，降低興波阻力，對于后體可以消瘦去流段的船體形 狀，有利于改善形狀阻力，但去流段和進流段 的長度 要適宜，否則對阻力不利 。進流段和去流段長度的選擇和確定平行中體是一回事。對于像散貨船這種尾機型的船，為了便于機艙布置，縮小機艙長度，或為了避免槳軸伸出過長和軸包架或軸支架尺度過大，將浮心適當(dāng)取后些比起將棱形系數(shù) Cp適當(dāng)取大些，在總體效果上更為有利。 （ 1） 從阻力上考慮： 因此對應(yīng)于給定速度的船，存在著一個阻力的最佳浮心位置，不少資料給出了 棱 形系數(shù) CP與較佳浮心縱向位置關(guān)系圖 (設(shè)計船選取的計 棱 形系數(shù) CP與較佳浮心縱向位置關(guān)系圖是上 海交通大學(xué)出版的《船舶設(shè)計原理》書中的圖 圖 )，設(shè)計船的 棱 形系數(shù)為 ，查 此 圖計算得 棱 形系數(shù)為 最佳浮心位置為 BX =1 米 (單槳船 )，而雙槳船最佳浮心位置與同速度的單槳船相比最佳浮心位置約后移 1% PPL （ ），所以設(shè)計船的最佳浮心位置： 2020屆船舶與海洋工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 23 BX ==（米） 由圖可知道：設(shè)計船 BX = 米，在較佳浮心縱向位置范圍之內(nèi)，在其內(nèi)移動對阻力的影響不會超過 1%。但 L/B 較小，船 L短而 B 寬，為防止水線出現(xiàn)明顯凸尖而增加的阻力， CM取小一些為好，又因為設(shè)計船要求較高 的初穩(wěn) 性 ， 需要較大的水線面系數(shù) CW， CM可適當(dāng)取小為好（需增加 CP），較大的水線面 CW系數(shù)也有利于型線 在 處理上的協(xié)調(diào)，由上述分析可知取 小的 CM為好，所以 本設(shè)計船的棱形系數(shù)的選擇采用母型船改造法， Cp=