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沪东(HD)型船舶螺旋桨的研究与开发

胡安康  
【摘要】: 发扬“团结拼搏,开拓进取”的精神,沪东-中华造船在世界船舶市场中取得了非常好的成绩。近十年来,作为沪东-中华的一个中心任务就是靠先进的造船技术和产品结构的升级换代,在激烈的市场竞争中创造新的优势。围绕这一中心任务,沪东-中华造船以中国沪东型为企业品牌,开发了中国沪东型散货船、油轮、集装箱船系列,获得了大量的订单,取得了显著的经济效益和社会效益。作为提高中国沪东型系列船舶产品在国际船舶市场中的竞争力的对策之一,是根据其船型特征,进行船舶的综合节能研究。高效推进器研究是其中的重要课题之一。 沪东型(HD)螺旋桨是一种新型的叶剖面、中等侧斜、小盘面比的螺旋桨。它具有效率高、振动和噪音低、重量轻等优良性能。 本文首先基于势流理论和定常螺旋桨的升力面理论,以及基于速度势的低阶面元法理论建立了沪东型(HD)螺旋桨和常规MAU图谱桨水动力性能预报的数学模型,并对其进行了数值分析。在计算中,对于升力面理论,本论文考虑了过渡区尾涡收缩和叶梢分离的非线型现象的影响;对于面元法,本论文采用的是计算较为简便的基于扰动速度势的基本公式及双曲面形状的面元,在桨叶随边满足更趋合理的压力Kutta条件,并用Morino导出的解析公式计算面元的影响系数的快速有效的数值预报方法。两种理论预报的沪东型(HD)螺旋桨敞水性能结果与试验值比较表明:面元法计算结果与试验值的吻合良好。两种理论预报的沪东型(HD)螺旋桨和MAU图谱桨的叶切面压力分布比较,结果表明,沪东型(HD)螺旋桨叶切面的压力分布较MAU图谱桨均匀。因此本论文的面元法可应用于工程。 其次,本文通过试验研究的方法,进行了沪东型七万吨级巴拿马油轮的船型研究,沪东型(HD)螺旋桨性能及与船、机的匹配研究。试验项目如下: 哈尔滨工程大学博士学位论文 一 1)船舶在压载、满载和超载状态下的阻力试验,根据试验结果进行船型 的选型。 2)船舶在吃水 T=14刀m时,轴向伴流的测量。 3)沪东型(HD)&MAU图谱桨的敞水试验和自航试验 4)沪东型(HD)螺旋桨的空泡观察与脉动压力测量。 引 实船航行试验。 试验结果表明:沪东型七万吨级巴拿马油轮的综合节能效果显著;沪东 型(HD)螺旋桨效率较 MAU图谱桨性能优良;沪东型(HD)螺旋桨与船、 机匹配,经实船航行试验验证船舶在满载状况下(T=12.sin),主机正常功率 带有15%的海上裕度和5%转速裕度时,航速为15刀9节,转速100.5 pm, 与设计吻合。 最后,本文进行了沪东型(HD)螺旋桨的系列研究。以实桨为母型,利 用面元法理论进行不同盘面比、不同螺距比的沪东型(HD)螺旋桨系列的敞 水性能计算,并绘制成相应的螺旋桨性征KhK。-J曲线图。并开发了适用 于沪东型(HD)螺旋桨设计的 HD440,445,4巧5 N-5图谱。给出了 沪东型(HD)螺旋桨的轮廓、螺距分布和叶切面型值表。文中利用HD4-40, 445,465 N-8图谱设计了沪东型 72,000吨成品油轮的螺旋桨。用面元 法进行了该设计桨的敞水性能预报,并用预报的螺旋桨敞水性能进行了航行 特性计算。对设计桨实施了螺旋桨的敞水试验和自航试验,结果表明,面元 法预报的螺旋桨的敞水性能与试验吻合的相当好;螺旋桨与船、机匹配,自 航试验预报的航速,与计算预报的航行特性结果基本一致。


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