螺旋桨设计的电子
表格
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计算法
则奇龙
(福建省船舶厦海洋2C.翟设计研览院)
摄要舟绍_船舶常用螺蕞莱(MAu型、B藿)t
佳要素计算式置回归示敷.选用Excel电于表格软件,
峙辑制作螺建棠设计的应用程序。
主量词囊旋桨优化设计宴用程序
计算
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
1前言
在船用螺旋桨设计中,需要进行船舶阻力计算、
船舶设计航速的确定、螺旋桨各要素计算、空泡校
核,以及螺旋桨外形尺寸计算等,比较广泛地采用图
谱法进行计算。图谱设计方法是根据模型敞水系列
试验所得到的图谱或公式来确定实船阻力及螺旋桨
主要参数和性能的传统设计方法。这种方法需要通
过繁杂计算公式和图表插值,进行列表计算。实际上
现已直接利用回归分析资料进行计算机辅助设计而
脱离图谱的应用.本文主要介绍应用Excel电子表
格软件进行实船螺旋桨主要参数和性能的设计。
2螺旋桨的最佳要素计算
按图谱设计最佳螺旋桨是从“最佳效率曲线”着
手,对于一定的盘面比,给定一个负荷系数毋,就
有一个最佳效率仉及与其相应的螺距比H/D、直
径系散d,而且这些对应关系是唯一的.据有关资料
介绍。B型及MAU翟螺旋桨的最佳要素计算式及
回归系数如表1。
表中
B,≈0.222nPD“5/矿^2。5
a;0.515nD/y^
a。一1.68n/]l/-矿^
y^;K(1一Ⅳ)×1,852/3.6
n——螺旋桨转速,r/rain;
裹1 B型和MAU墨一簟桨量隹要素计算式豆有关蕞数值
=I隹效搴 一更}b 直桎景羲
MAU量桨%=abe·0一‘+坼“5·10—2+cH/D=a/BJ.“5+bB,o5·10—1+c d=a/BPo5+bBe‘‘+f
6 6 6
MAU3-352.253 —7.438 0.982 2.232 1.464 0.194 ——90.1597.949 42.133
MAU3-50&507—7.删 。.954 】.336 一o.,22 o-536一】8.J.08 9J456 17.825
MAU4—402.126 ——6.831 0.914 1.609 0.090 0.389 ——38.649 8.'/85 24.604
MAU4-552.518 一巩47"8 0.922 1.785 0.002 0.t11 —35.2858.780 22.674
MAU4—702.007 —6.384 O,853 2.192 0.630 o.319 —46。1228.5】1 25.306
‰一aBl.1·10一‘+卯,·10一’+fH}D=a/Be+bBP·10‘‘+c舂I=nfBP+bBP+c
B型桨
6 6 b
B3-35 2.856 ——5.919 0.769 4.577 1.828 0.4'10-二1007.51.801 214.09
B3-50 1.988 ——4.815 0.720 3.550 —3.966 0.535 —1519.41.621t 234.46
B3-65 2.246 一●.92.1 0.669 4.541 —12.3110.665 ——1185.11.7'12 198.78
B4·40 3.909 ——6.807 0.771 4.643 —21.3540.595 ——873.7 3.363 178.60
BI-55 2.572 —5.465 0.707 8.134 1.B43 0.447 —1916.11.525 234.'/5
B4-70 2.104 —4.970 0.694 3.9{1 一15.0910.709 —1176.11.746 195.8】
——————丁一r一一
·35-
万方数据
岛——螺旋桨牧到功率,kWf
ys——航速,kn;
Ⅳ——伴流分数;
D——螺旋桨直径。m。
3电子表格计算法
下面应用Excel电子表格软件,以一艘实船数
据为例,介绍电子表格用法。
3.1数据输入
一艘600马力货船,船长L一46.8m、船宽B
一8.7m、吃水d=3.6m、主机功率×转速为
441kw×400r/min,螺旋桨选用MAU4型。
打开Excel软件。在当前工作表Sheetl(以下所
说电子表格均在Sheetl表上)第一行输人表达式项
目符号(见表2)。在第二行B列(即B2单元格。以下
用[B2]表示)输入螺旋桨收到功事P。值。在[C2]输
入螺旋转速”值。在I-Ez3输入伴流分数Ⅳ值。在
[F2]输入推力减额分数f值。在第四行输入设计航
速呱。
裹2电子表格1
皤/列 A B C D E F
1 表达武 pD(kW)l(r/rainZ Ⅳ
2 输入数据 406.84400 l 0.28980.2029
3 输入数据 Vs(kn)9 9.5 10 lO.5
4 进速 n(m/s]3.2883.4"/13.6543.836
5 负荷系数 丑P 91.35379.80370.19862.13'1
6 口o 0.45530.47340.49090.5076
7 HID0.56590.57720.58860.6002
MAU4-40
B d 104.52698.?5693.59688.951
9 Pr 207.00目216.17S224.16C231-197
10 7· 0.4373o.45490.4722o.4890
ll HfDo.59970.61,26o.62570-6390
MAU4-55
12 艿 102.90097.15892.02587,408
13 PT 199.676207.724Z15.625223-船4
14 叩o 0.4262O.44290.45900,4745
15 H|D0.60860.62070.63340.646'/
MAU4-70
16 d 101.82796.17491.11086.545
17 Pt 194.59SZ02.222209.593216.65(3
3.2电子表格计算
利用电子表格计算功能,求螺旋桨进速V一=
·36·
弋
%“一砰7)×1.852/3.6值:
在FC4]中输入“=C3*(1一$E$2)*1’852/
3.6’’
即返回3.288值,再将[C43复制到[D4],{-E4],
EF4I中(式中c3为[c3]的设计航速y。值。$E$2
为伴流分数w值)。
BP一0.222nPD“5/y^2+5值的计算:
在[c5]中输入一o.222*$c$2*$B$2‘
0.5/C3“2.5
即返回91.353值,再将[C53复制到EDS-I、I-ES]、
[F5]中(式中$c$2为n——螺旋桨转速值,$B
$2为尸。——螺旋桨收到功率值,C3为n值)。
MAU4—40最佳要素及推进功率计算。
螺旋桨的最佳效率玑=a×邱/1000+b×
BP“5/100+f值:
在[c6]中输入“=2.126*C5/I000—6.831*
C5‘0.5/loo+0.914”(式中a;2.126、b=6.831、
f一0.914)
即返回0.4553、0t,再将[c6]复制到[D6]、[E6]、
[F6]中。
螺距比H/D=a/B,01+6×BeO.s/loo+c
值:
在[c7]中输人“一1_609/cs“0.5+o.09*C5
‘0.5/100+0.389”(式中口=1.609、b一0.09、f一
0.389)
即返回0.5659值,再将rc7-i复制到i-D7]、[E7]、
FF73中。
直径系数疗=a/B,”+b×占p5十c值:
在EcsI中输入。一--8.649/c5‘0.5+8.785*
C5‘0.5+24.604”(式中a=38.649、b一8.785、c
=24.6041
即返回104.526值,再将[C8"1复制到[D8]、r'E83、
口8]中。
螺旋桨推功率Pr;尸D×玑×(1一t)/(1一
矽)×Z值:
在I-c93中输人“=$B$z*C6tI-(1一$F
$2)/(1一$E$2)*l”(式中$F$2为W--伴
流分数值,桨轴数Z=1)
即返回207.908值,再将rCg]复制到[D9]、[E9]、
EFg]中.
MAU4—55及MAU40一70的最佳要素及推进功
率计算与MAu4.40类似,只要把MAU4—40的计
算单元格复制到对应的单元格中,再换上对应的a、
万方数据
6、c系数即可。
按照“电子表格1”格式,通过以上输入,螺旋桨
最佳要素计算的电子表格就完成了。在表格中,对于
不同的主机、转速及不同的船,只要改变第二、兰行
输人数据,电子表格中螺旋桨最佳要素值就随即改
变。
3.3初步确定螺旋桨要素
绘出桨推进功率Pr及船体有效功率Pz与航速
关系的曲线圈,具体做法如下:
在电子表格2(表3)中I列输入项目,在J至M
列中,第一行输入设计航速值I第二行输入有靛功率
PE;第三至五行输入推进功事一(如输入MAU‘_
40P,可在FJ3]输人“=C9”,再将口3]复■蓟[1c3]、
[L3]、[M3]中)。 一.
在工具栏中选中图表向导,图表类型选捧折线、
光顺。数据区域输入“=Sheetl!$I$1l$M$5”。
再加上系列名称及分类轴标志。有效功率衄线豳就
可展现在屯子表格中(见电子表格2)。可从图囊中:
有效功率与推进功率曲线的交点,得到不同的盎耐
比所对应的设计航速(如图表中,V“一10.079;
V。。=10.025lV¨o一9.984).再卣这些设计航速
求出各盘面比及与其相应的负街系数毋68:834,
69.762、70.480}最佳效率乳=0.4904、0.4731、
0.4585及螺距比日/D;0.5882、0.6249、0.6330;
直径系数8;92.830、91.783、91.264(可将VⅧ=
10.079;VⅧ=10.025;矿-70=9.984,替代电子表
格1中航速输入数据%:9I9.5;10,可求出以上数
据)。
寰3电子毫格2
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3.4空泡校核
在螺旋桨设计中需要对所设计的螺旋桨是否能
避免空化的有害影响进行校核。可用经验公式或图
谱确定为防止空泡剥蚀或者允许一定的背空泡程度
所需的盘面比,从而进一步确定桨的几何要素。按柏
利尔空泡限界图以0.7R处剖面汽化空拖Oo,z;
(P一一Pv)/(o.5Py:,)为横坐标,以桨叶单位投射
面积的推力负荷系统L=T/A,/(o.5Py5,)为纵坐
标,根据实际桨的剥蚀经验及桨模型试验,绘出
2.5%、5%、10“、20%和30%叶背空泡曲线图。
对小于10%背空泡的限界线可按下式计算:
L<0.494(ao7A)“聃。
避免到蚀损伤的限界(2.5%背空泡)可按下式计算。
rc=o.3600f^。
汽化空泡:
Oo7R一(P^一Pr)I(o.spy:7),
式中 ,
.、..韩善《本!妁拽伟且;力tP曩,’擘.‘=j:-
,“ P·警:lOl§2F+O.、6P,gho;.。:。
K,=[(n2+(o,7D”蠢)2]05;
一 、只—_水密赛,N‘s=/m4;
h。——桨轴浸深,m;
g——重力加速度,m/s2。
满足空泡要求的投射面积:
衰4电子衰格3
::M j艟j《0
} _“.U●·j5MAU‘.70
2 设计t置V‘(节) 10.079 10.025
& 矗I v^岫,I) 3.6∞
一薹 数承散搴 q0 0.t蜘 m473l 0.4585
a 曩距比 H旧 0.5940O.62“
:d te熏量6 92.船O 91.7∞ 9I-264
7 箍功罩· Pi"即', 226.4 216.O 209.‘
.8 直径 D(m) 1.66l I.634 1.618
‘孽’ 箍力 Too 515∞ 52轱O 51137
lo,叶瞳最疆 V^:t 2●.∞2 24.22923.997
ll 空租曩 On住 4.们15 41099
心 推力幕虹 I.4043’ 1.45131.‘796
珥 投肘面飘 ^一细’ I.2238 1.1476
:“ 伸张砸职 ^I-C皿’1.3t45 I.2豫9 1.2“7
=。15 忡张面积 ^-i㈤0.8670t.I靼9 I.4389
瀑 Ij一:L.‘I业
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^●
C虻'
·37·
万方数据
A,-=T/t/(O.5Py57),
式中
T=尸。‰/矿^。
满足空泡要求的伸张面积, .
AE·一AP-/(11067二o.z29珂fp)i
空泡校桉的电子表格计算法觅电子表格3(表4).
3.s螺旋桨尺寸确定 .. .
通过空泡校垓后即可确定桨的咒何要塞i:在电
子表格3中选取图表数据区域·一 .
“=Sheetf$P分1:$S$I,Sheetf$P$4:$S
$5,Sheet!$P$14:$S$15”作田。取d日与AE}
曲线的交点对应X轴的盘面比AdA—O.605为设
计盘面比,该盘面比所对应桨直梧D=瓢63m;螺距
比H/D—O.63。
在确定了盎面比Az/A、直径.D、蠕压比H/D
后,即可确定桨叶轮廓尺寸及对桨的强度校棱丁。这
些计算均可在电子表格中完成。在此就不一一详述
了。
4结论
·38·
螺旋桨设计的电子表格计算法采用了回归分析
资料,利用电子表格计算、图表功能,完全改变了传
统的曩旋桨设计必须查图谱、列表计算的做法。用电
子表格软件作为螺旋桨设计的应用程序,只要填人
必要的输入敷据,表格中相关联的计算数据及图表
就即时刷新。与用“DoS”操作平台下的设计软件相
比,该软件在运行中具有可Ⅵ褪性优点.其公式的应
用、酉表的显示、结果正礴与否都~百了然。通过美
化电子表格,如将不需薹显示和打印的数据瞄藏起
来等,一个设计完美曲电乎表格软件,茸作为完整的
计算书直接打印出来. ’,
5参考文献
1中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册.北京t置防工
业出版社,1998.
2朱琨虎.内柯船舶设计手册.jt童t中国标准出版社,
1996.
、
3刘奇龙.Excel软件在船舶设计中应用.见z第六届垒禹内
河船舶及航运学术会议论文集.
万方数据
螺旋桨设计的电子表格计算法
作者: 刘奇龙
作者单位: 福建省船舶及海洋
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
设计研究院
刊名: 造船技术
英文刊名: MARINE TECHNOLOGY
年,卷(期): 2000,""(4)
被引用次数: 5次
参考文献(3条)
1.中国船舶工业总公司 船舶设计实用手册 1998
2.朱珉虎 内河船舶设计手册 1996
3.刘奇龙 Excel软件在船舶设计中的应用[会议论文] 1998
相似文献(10条)
1.学位论文 赵威 船用螺旋桨优化设计及参数研究 2008
随着船舶工业的发展,船舶的安全、节能、环保等性能日益受到重视,螺旋桨作为目前船舶最常用的推进装置,其性能设计尤为关键;而随着船舶
向大型化、高速化发展,对螺旋桨综合性能的要求也在日益提高。现代船用螺旋桨设计必须在追求推进效率的同时,尽可能避免桨叶在复杂的船尾流场
中产生空泡,从而减小螺旋桨诱导的船体振动及噪声,避免桨叶剥蚀,延长使用寿命,提高船舶安全性与舒适性。传统的螺旋桨理论和设计方法主要考
虑推进效率,较难兼顾空泡振动等要求。对于复杂的工程设计问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
,优化设计技术能够在诸多相互制约的限制条件中找到符合要求的最优
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
,因此
,该技术在螺旋桨设计中的应用日益受到人们的重视。本文首先以某集装箱船五叶桨为对象,基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序,应用
iSIGHT 软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距与拱度的优化设计研究,并对设计结果进行粘流CFD 计算验证。CFD 计算表明:通过指定适当的弦向负荷
分布形式,可以在保证推力与效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀,从而推迟桨叶空化,提高螺旋桨空泡性能。
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型试验进行螺旋桨参数与性能之间的关系研究成本非常高。随着CFD 技术的发展,通过求解RANS 方程模拟螺旋桨性能、压力分布及周围流场的技术日趋
成熟。为此本文以某七叶桨为对象,通过改变原桨几何参数进行CFD 计算,较为系统地研究了部分参数对桨叶水动力性能、压力分布及周围流场的影响
,并最终提出两个优化设计方案,在上海交通大学拖曳水池及空泡水筒中实施了敞水性能及空泡初生的模型试验。试验结果验证了本文CFD 预报的准确
性,并且表明:新桨在推力、效率、空泡性能方面均优于原桨,适当的叶梢纵倾分布有助于进一步改进空泡性能,但对效率略有不利。
2.期刊论文 王晓锋.屠秋野.唐狄毅.范静 一种涵道螺旋桨优化设计新方法研究 -航空发动机2004,30(2)
根据Theodorsen的片条理论、涵道后缘的库塔条件以及边界页微元涡丝的诱导方程,构筑了涵道螺旋桨叶片涡强度分布的计算模型,用该模型代替
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3.学位论文 孔繁美 计及尾涡收缩的螺旋桨性能计算和优化设计 1997
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展出了计及尾涡收缩的螺旋桨性能计算的升力面涡格法软件.算例验证表明,算例计算结果有很大的改善,且与实验结果符合良好;2.基于涡流理论,引进有
限桨叶数的修正,建立计及桨叶压缩和粘性影响的螺旋桨性能计算软件.算例验证表明,算例计算结果与参考文献结果完全重合;3.基于Betz最小能量损失
条件,建立了螺旋桨优化设计软件.算例验证表明,算例计算结果与参考文献结果重合很好;4.以某无人机实际螺旋桨为例,利用上述软件,计算和分析了该
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9.学位论文 庞翱翔 函道螺旋桨设计及实验研究 2003
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提高系统设计性能及可靠性,该文进行了设计优化,也得到预期效果.同时,为提高气动效率和减小噪声,采用了专门设计的函道螺旋桨翼型,为了获得上述
翼型的气动特性,为新型函道螺旋桨设计提供可靠数据,验证设计的可靠性,进行了翼型和函道螺旋桨地风洞实验.
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性能优化设计 -计算机工程与设计2007,28(6)
传统的螺旋桨设计方法已经满足不了进一步提升其性能的要求,并且现代环境的变化不再仅仅要求螺旋桨某一性能的最优,而是多方面综合性能的最
优.iSIGHT多学科优化设计平台提供了完整的设计综合环境和先进的优化设计方法,能够完成设计过程的自动化和智能的设计探索,确定最佳设计参数.基
于iSIGHT平台的实验设计方法建立的螺旋桨敞水性能优化方法使螺旋桨效率和最小压力系数都有提高,实现了优化目的.
引证文献(5条)
1.刘海强.吕林 船舶机桨匹配设计与分析计算平台研究[期刊论文]-船海工程 2008(3)
2.桂林林.张维竞 长江干线江海联运集装箱船主尺度与动力装置选型的研究[期刊论文]-武汉理工大学学报(交通
科学与工程版) 2007(2)
3.谢东维 基于多工况船舶的螺旋桨计算机辅助设计[学位论文]硕士 2006
4.于得会 大毂径螺旋桨设计计算方法研究[学位论文]硕士 2006
5.张丽敏 常规螺旋桨计算机辅助设计[学位论文]硕士 2004
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