船舶推进PPT课后练习答案.pdf

1 第一章第一章习题习题 1. 除螺旋桨之外，船用推进器还有那些类型？简述他们的特点及所适用船舶类型? 螺旋桨，风帆，明轮，直叶推进器，喷水推进器，水力锥形推进器 螺旋桨：构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高。 风帆：推力依赖于风向和风力以至于船的速度和操纵性都受到限制。仅在游艇，教练船和小渔船上 仍采用 明轮：构件简单，造价低廉，但蹼板入水时易产生拍水现象，而出水时又产生提水现象，因而效率 较低。目前用于部分内河船舶。 直叶推进器：可以发出任何方向的推理，操纵性好，推进器的效率高，在汹涛海面下，工作情况也 较好，但构造复杂，造价昂贵，叶片保护性差极易损坏。用于港口作业船或对操纵性有特殊要求的 船舶 喷水推进器：活动部分在船体内部，具有良好的保护性，操纵性能良好，水泵及喷管中水的重量均 在船体内部，减少了船舶的有效载重量，喷管中水力损耗很大，故推进效率较低。多用于内河潜水 拖船上，近年来也用于滑行艇，水翼艇等高速船上。 水力锥形推进器：构造简单，设备轻便，船内无喷管效率比一般喷水推进器为高，航行于浅水及阻 塞航道中的船只常采用此种推进器。 2. 何谓有效马力（有效功率）？ 有效功率：若船以速度 v 航行时所受到的阻力为 R，则阻力 R 在单位时间内所消耗的功为 Rv，而 有效推力 Te 在单位时间内所作的功为 Te*v，两者在数值上相等，故 Te*v（或者 R*v）称为有效功 率。 阻力试验 R 和 V 都可测。 3. 何谓收到马力？它与主机马力的关系如何？ 收到马力：机器功率经过减速装置，推力轴承及主轴等传送至推进器，在主轴尾端与推进器连接处 所量得的功率称为推进器的收到功率 Pd 表示。 Pd=Ps*s传递效率或轴系功率 4. 推进效率。推进系数如何定义？如何衡量船舶推进性能的优劣？ 推进效率：由于推进器本身在操作时有一定的能量损耗，且船身与推进器之间有相互影响，故有效 功率总是小于推进器所收到的功率，两者之比称为推进效率，以d 表示。 推进系数：有效功率与机器功率之比称为推进系数以 P.C 表示 P.C=Pe/Ps P.C=ds 5. 何谓船舶快速性？快速性优劣取决于那些因素？ 快速性：指船舶在给定主机功率情况下，在一定装载时于水中航行的快慢问题。 船舶于航行时所遭受的阻力要小，所谓优良船型的选择问题 选择推力足够，且效率较高的推进器 选择合适的主机 推进器与船体和主机之间协调一致 2 第二第二章章习题习题 1. 螺旋桨由那些部件构成？他们各起什么作用？ 桨叶和桨毂构成 （个人观点）桨叶：通过旋转产生推力 桨毂：固定桨叶并传递来自尾轴的力和转 矩。 2. 何谓桨叶切面（桨叶剖面）？何谓等螺距及变螺距螺旋桨？叶切面螺距角沿半径如何变化？ 桨叶切面：与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为桨叶的切面。 面螺距：螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分。则 P 称为螺旋桨的面螺距。 等（变）螺距螺旋桨：若螺旋桨叶面各半径处的面螺距等（不等），则称为等（变）螺距螺旋桨。 螺旋桨某半径 r 处螺距角的大小, 不同半径处的螺距角是不等的， r 愈小则螺距角愈大。 3. 桨叶切面有哪些常用形状？它们各自的水动力及空泡性能如何？ 弓形，梭形，机翼形，月牙形 机翼：叶型效率较高，但空泡性能较差。 弓型：叶型效率较低，空泡性能好。 4. 螺旋桨制图中，使用哪些轮廓（或投影）来表达桨叶外形？桨叶面积有哪几种表达方式？ 正视图：从船后向船首所看到的为螺旋桨正视图 侧视图：从船侧看过去所看到的为侧视图。 投影面比，伸张面比，展开面比。 第三第三章章习题习题 1. 何谓理想推进器？何谓理想螺旋桨？为什么理想螺旋桨效率低于理想推进器效率？ 理想推进器理论要满足下列假定（重点） 推力器为一轴向尺度趋于零，水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后，称为鼓动盘（具有吸收 外来功率并推水向后的功能） 水流速度和压力在盘面上均匀分布 水为不可压缩的理想流体 理想推进器：推进器为一直径为 D 的没有厚度的圆盘面，此盘面具有吸收外来功率并推水使其获得 轴向诱导速度的功能，这样一个被理想化了的推进器称为理想推进器，又称为鼓动盘。 理想螺旋桨：理想推进器是通过吸收外来功率而产生轴向诱导速度，而对于螺旋桨而言，是利用旋 转运动来吸收外来功率的，因此除了产生轴向诱导速度之外，还要产生周向诱导速度。对于理想螺 旋桨则是忽略离心力及尾流收缩的影响，此时螺旋桨产生的周向诱导速度在桨盘紧后方至远后方保 持不变，为一常数，这一被理想化了的螺旋桨称之为理想螺旋桨。 理想螺旋桨的效率=理想推进器的效率*理想螺旋桨的周向诱导效率 2. 从理想推进器理论出发，讨论提高推进器效率的措施？ 增大直径，盘面积变大，推进器效率提高。 3 3. 试画出速度多角形，并利用几何关系证明诱导速度 un 垂直于合速 VR。 i 远前方 远后方V R 盘面V un tu V0 A V+ua a1 +uVA AV r r-ut1 t r-u （P22） 2 2 a A t t a u V u r u u 两个阴影部分三角形相似 则DFECAB 又 0 90ABC 则 0 90ACBCAB BCFDFEEFCB 0 90ACBBCF 即 0 90ACF DFAC 即 un垂直于 VR 第四第四章章习题习题 1. 何谓螺旋桨的敞水性能？ 孤立螺旋桨的性能 推力系数，转矩系数，效率 2. 何谓螺旋桨模型的敞水试验？理论上要求桨模与实桨之间满足哪些相似关系？实际试验能否做 到？为什么？ 敞水试验：螺旋桨模型单独地再均匀水流中的试验 相似条件：进速系数 J，雷诺数，付汝德数 弗如德：大于沉没深度，兴波的影响可以忽略不计。 雷诺数：大于临界雷诺数 300000，无法满足雷诺相似，如果进速系数和雷诺数同时相等的条件下， 则桨模的转速和进速都将过高而难以实现，推力过大而无法测量。 3.何谓螺旋桨的尺度作用？工程实践中对该尺度作用有哪些处理方法? 尺度作用：至于桨模和实桨因雷诺数不同而引起两者水动力性能之差异。 修正：（1）不修正 （ 2）只修正 KQ （3）ITTC1978 修正方法 4 第五第五章章习题习题 1何谓伴流，其产生机理是什么？那一种原因导致的伴流成分最重要？ 伴流：船在水中航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，表现为船体周围伴随着一股水流， 这股水流称为伴流。 成因：1、势伴流船身周围的流线运动 2、摩擦伴流水的粘性作用与船型、表面粗糙度、雷诺数、桨的位置有关 3、波浪伴流船舶的兴波作用 摩擦伴流为主。 2何谓标称伴流？如何通过模型试验确定标称伴流分布？ 标称伴流：在未装螺旋桨之船模后面，用各种流速仪测定螺旋桨盘面处水流速度。 用毕托耙 3为何螺旋桨性能预报及设计中，通常可以不考虑伴流的径向分布？ 与轴向伴流速度相比较，周向和径向两种分量均为二阶小量。 4. 试解释标称伴流与实效伴流之差别的成因 差别来自于是否考虑了螺旋桨的工作的影响。因为当船尾有螺旋桨工作时，螺旋桨产生抽吸作用， 从而改变了船尾的流线，界面厚度，波形等。 5. 何谓伴流的尺度效应？试说明其产生的机理？ 由于船模与实船的雷诺数相差很大而导致伴流分别存在差别。因此实船的边界层的厚度在比例上较 船模的边界层为薄。因而实船的摩擦伴流带在比例上较船模为薄，也就是说，实船摩擦伴流带在实 桨盘面内所占的面积比较模型摩擦伴流带在桨模盘面内所占的面积比例较小，致使实船的摩擦伴流 分数小于模型的摩擦伴流分数 6. 何谓推力减额？试说明其成因及成分。为什么推力减额的尺度效应可以忽略？ 推力减额：由于螺旋桨的抽吸作用，使船尾流速增加，压力降低，从而导致阻力增加 R ，需一部 分推力 T 来克服它。T 推力减额 7. 相对旋转效率如何定义？进速和转速一定时，同一螺旋桨的敞水效率与船后效率是否相同？为什 么 相对旋转效率 R 敞水收到马力与船后收到马力之比 不同。差相对旋转效率。 5 第六第六章章习题习题 1. 螺旋桨在水中运转时，为何会产生空泡？会产生哪些类型的空泡？ 定义: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，形成汽泡。 气化空泡，汽化空泡，似是空泡 2. 螺旋桨片空泡分为哪些阶段？他们对水动力性能的影响分别如何？ 第一阶段：局部空泡，对水动力性能无明显影响，但可能产生剥蚀 第二阶段：空泡区拖到随边之外，无剥蚀，但使对水动力性能恶化 3设计阶段可以通过哪些方法判断螺旋桨是否产生空泡？ 螺旋桨模型空泡试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。 4. 要推迟或避免螺旋桨产生空泡，设计上有哪些方法？ 1、从降低最大减压系数着手 在书 P73 页 a、增加盘面比 b、采用压力分布较均匀的切面 c、减小叶根处的螺距 2、从提高空泡数着手 a、增加桨的浸深 b、减小桨的转速 5. 螺旋桨空泡有哪些危害？如果无法避免，怎么办？ 允许桨叶上有部分空泡存在，在使用过程中根据其剥蚀情况予以调换 速度在高时，干脆设法促使其再第二阶段空泡状态下运转，即所谓全空泡螺旋桨的设计问题。 6 第七第七章章习题习题 1 为何要进行螺旋桨强度校核？从设计角度看，强度校核最终是要确定哪些几何参数？ 安全航行保证螺旋桨的强度流体动力，离心力，撞击 2. 强度校核有哪些方法？分别需要基于哪些已知数据？ 1、分析计算法 2、规范校核法 规范校核法 7 第八第八章章习题习题 1.1. 已 知 某 单 螺 旋 桨 海 船 的 主 要尺度为：船长已 知 某 单 螺 旋 桨 海 船 的 主 要尺度为：船长mL8 .54，船宽，船宽mB2 . 9， 吃 水， 吃 水 md38. 4，排水体积，排水体积 3 1271m，伴流分数，伴流分数18. 0w，推力减额分数，推力减额分数11. 0t，相对，相对 旋 转 效 率旋 转 效 率0 . 1 R ， 主 机 轴 马 力， 主 机 轴 马 力kWPS735， 转 速， 转 速rpmn120， 轴 系 效 率 为， 轴 系 效 率 为 97. 0 s 。该船在不同航速时的有效马力数值如下表：。该船在不同航速时的有效马力数值如下表： 船速船速)(knVS 1010 1111 1212 1313 有效马力有效马力)(hpPE 350350 468468 638638 970970 现初步选定叶数现初步选定叶数4Z，盘面比，盘面比40. 0 0 AAE，利用，利用 AUAU 设计图谱。设计图谱。 （1 1）求该船最佳螺旋桨的尺寸及所能达到的最高航速。）求该船最佳螺旋桨的尺寸及所能达到的最高航速。 （2 2）假定螺旋桨直径受）假定螺旋桨直径受到限制取到限制取mD30. 3，求该船所能达到的航速及螺旋桨的各，求该船所能达到的航速及螺旋桨的各 要素。要素。 解：解： （1 1）最佳直径螺旋桨图谱设计）最佳直径螺旋桨图谱设计 项项 目目 单单 位位 数数 值值 假定航速假定航速 S V kn 10.000 10.000 11.000 11.000 12.000 12.000 13.000 13.000 )1 (wVV SA kn 8.200 8.200 9.020 9.020 9.840 9.840 10.660 10.660 5 . 25 . 0 0ADP VPnB 桨 4.406 4.406 3.911 3.911 3.508 3.508 3.174 3.174 MAU4MAU4- - 4040 54.500 54.500 49.000 49.000 44.500 44.500 40.800 40.800 桨 nVD A m 3.724 3.724 3.683 3.683 3.649 3.649 3.624 3.624 DP/ 0.765 0.765 0.810 0.810 0.860 0.860 0.920 0.920 0 0.655 0.655 0.679 0.679 0.704 0.704 0.726 0.726 HD PEHP 00单桨 hp 689.587 689.587 714.855 714.855 741.175 741.175 764.336 764.336 最佳螺旋桨的尺寸：最佳螺旋桨的尺寸： 404MAU，mD64. 3，884. 0DP，712. 0 0 所能达到的最高航速：所能达到的最高航速： knVS38.12 max 8 最佳直径螺旋桨图谱设计 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 850.0 900.0 8.009.0010.0011.0012.0013.0014.00 Vs(kn) EHP(hp) EHP船 EHP桨4-40 100D4-40 500P/D4-40 1000n04-40 （2 2）限制直径）限制直径mD30. 3螺旋桨图谱设计螺旋桨图谱设计 项项 目目 单单 位位 数数 值值 假定航速假定航速 S V kn 10.000 10.000 11.000 11.000 12.000 12.000 13.000 13.000 )1 (wVV SA kn 8.200 8.200 9.020 9.020 9.840 9.840 10.660 10.660 5 . 25 . 0 0ADP VPnB 桨 4.406 4.406 3.911 3.911 3.508 3.508 3.174 3.174 A VnD 48.293 48.293 43.902 43.902 40.244 40.244 37.148 37.148 MAU4MAU4- - 4040 DP/ 1.000 1.000 1.040 1.040 1.070 1.070 1.120 1.120 0 0.630 0.630 0.660 0.660 0.690 0.690 0.710 0.710 HD PEHP 00单桨 hp 663.26663.26 7 7 694.85694.85 1 1 726.43726.43 5 5 747.491 747.491 螺旋桨的各要素：螺旋桨的各要素： 404MAU，mD30. 3，084. 1DP，695. 0 0 所能达到的航速：所能达到的航速： knVS32.12 9 限制直径螺旋桨图谱设计 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 10.011.012.013.014.0 Vs(kn) EHP(hp) EHP船 EHP桨4-40 500P/D4-40 1000n04-40 最佳直径和限制直径比较表最佳直径和限制直径比较表 )(mD )(knVS DP 0 最佳直径最佳直径 3.643.64 12.3812.38 0.8840.884 0.7120.712 限制直径限制直径 3.303.30 12.3212.32 1.0841.084 0.6950.695 10 2.2. 某内河船的螺旋桨收到功率某内河船的螺旋桨收到功率kWDHP1411，转速，转速rpmn250，航速，航速knVS16，伴，伴 流分数流分数18. 0w，相对旋转效率，相对旋转效率98. 0 R ，由于船舶吃水限制，螺旋桨的直径取定，由于船舶吃水限制，螺旋桨的直径取定 为为mD2 . 2，今选定，今选定4Z，70. 0/ 0 AAE，试求：，试求： （1 1）按）按