浙海院船舶快速性课件02船舶推进-8螺旋桨的强度校核

第8章

螺旋桨的强度校核本章主要内容1、规范校核法2、分析计算法3、桨叶厚度的径向分布4、螺距修正5、螺旋桨重量及惯性矩计算

为了船舶的安全航行，必须保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常航行状态下不致破损或断裂。

在设计螺旋桨时必须进行强度计算和确定桨叶的厚度分布。

螺旋桨受力情况螺旋桨工作时作用在桨叶上的流体动力有轴向的推力及与转向相反的阻力，两者都使桨叶产生弯曲和扭转。螺旋桨在旋转时桨叶本身的质量产生径向的离心力，使桨叶受到拉伸，若桨叶具有侧斜或纵斜，则离心力还要使桨叶产生弯曲。桨叶上也可能受到意外的突然负荷，例如：碰击冰块或其他飘浮物体等。螺旋桨处于不均匀的尾流场中工作，使桨叶受力产生周期性变化，故较难精确地算出作用在桨叶上的外力。螺旋桨的强度计算近似方法把桨叶看作是扭曲的、变截面的悬臂梁，而且其横截面是非对称的，故计算较为复杂，即使能正确地求得桨叶上的作用力，要精确地进行强度计算也是很困难的。对于动态负荷(即计及伴流不均匀性影响)下螺旋桨的强度计算方法虽然有所发展，但计算繁复，付之实用还为时尚早。《钢质海船入级与建造规范》，中国船级社，2001年。§8-1

规范校核法《钢质海船入级与建造规范》，中国船级社，2001年。为了船舶的安全航行，必须保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常航行状态下不致破损或断裂。为此，在设计螺旋桨时必须进行强度计算和确定桨叶的厚度分布。

螺旋桨桨叶厚度t(定距螺旋桨为0.25R和0.6R切面处，可调螺距桨为0.35R和0.6R切面处)不得小于按下式计算所得之值：Y——

功率系数；K——

材料系数；X——

转速系数。

Y——功率系数：K——材料系数：X——转速系数：

表8-1计算实例某35000t散装货船，船长LPP=185m，型宽B=28.4m，设计吃水d=11.0m，方形系数CB=0.821。主机额定功率Ne

=11100hp，转速n=124rpm，按MAU型四叶螺旋桨设计图谱求得：螺旋桨的直径D=5.6m，螺距比P/D=0.7，敞水效率η0=0.521，盘面比AE/A0＝0.586，航速V=14.68kn。桨叶的纵斜角ε=10º，螺旋桨的材料为ZQALl2-8-3-2，其重量密度为G=7.4gf／cm3。现要求按《规范》进行强度校核。根据已知条件可算出：

0.7R切面处的螺距P0.7=3.92m，0.25R及0.6R处切面的弦长为：

计算结果序号项目单位0.25R0.6R1桨叶宽度bm1.3421.84220.7R处D/P0.71.42861.42863D/P1.42861.428642405.8860.6951392.861184.29640118.810451.270.30380.18818〈规范〉要求mm211.6101.69标准桨叶切面厚度mm214.2122.1结论由表8-3的计算结果可见，满足《规范》要求的最小厚度为：t0.25R

＝211.6mmt0.6R

＝101.6mm而标准桨在相应半径处切面的厚度为:tn0.25R

=214.2mmtn0.6R

=122.1mm大于《规范》的要求。若采用标准桨的厚度及其分布，则可以满足强度的要求，且略有裕度。§8-3桨叶厚度的径向分布一、桨叶的叶梢厚度（1）一般螺旋桨叶梢厚度可由图8-5据直径D查得。（2）也可采用如下的经验公式来确定：当螺旋桨直径D＜3.0m时，取t´=0.0045D当螺旋桨直径D≥3.0m时，取t´=0.0035D

二、桨叶厚度的径向分布

1．线性分布t´与0.25R(或0.35R)处桨叶厚度用同一比例画在图上并连成直线，即可量得不同半径处的桨叶厚度2．非线性分布t´与0.25R(或0.35R)及0.6R处切面的厚度三个点在图上按同样比例标出，通过三点连成光顺曲线，即可得到各不同半径处桨叶厚度。3．荷兰船模试验池建议的厚度分布§8-4

螺距修正

螺旋桨设计中，有些参数往往与所用系列螺旋桨不同；必须对设计螺旋桨的螺距进行修正，使二者性能相同。

1、毂径比不同对螺距的修正

2、叶厚分数不同对螺距的修正

1、毂径比不同对螺距的修正2、叶厚比不同对螺距的修正3、经过修正后螺旋桨的螺距

4、螺距修正实例某船螺旋桨设计结果如下：采用AU型四叶螺旋桨，可达船速V=11.08kn，伴流分数ω=0.35，转速N＝260rpm，螺旋桨直径D=2.57m，螺距比P/D=0.623，展开面积比AE/A0=0.54，毂径比(dh/D)’=0.179，根据强度计算求得0.7R处切面的厚度比为由于AU型螺旋桨的毂径比dh/D=0.18，且设计桨0.7R处切面厚度比不同于系列桨，故必须进行螺距修正。1．由于毂径比不同所需的螺距修正2．由于叶厚比不同所需的螺距比修正为方便起见，取AU4-55为基准螺旋桨，故：相应的0.7R处切面厚度比为：3.修正后的螺距比这样，经螺距修正后该桨的水动力性能近似地与螺距比为0.623、毂径比为0.18的系列螺旋桨相同。§8-5螺旋桨重量及惯性矩计算

在螺旋桨设计中，必须进行重量和惯性矩的估计，以提供轴系计算、工厂备料以及离心力计算等需要。螺旋桨的总重量为叶片重量和毂重量之和。

计算方法1、近似积分法