对转螺旋桨敞水性能研究及其在滑行艇中的应用
对滑行艇设计的几点思考
对滑行艇设计的几点思考 汪建午 柯建平 摘 要 介绍了滑行艇的阻力及其计算,提出了一种简单而又行之有效的计算方法。分析了滑行艇诸要素对 其快速性及适航性的影响。对613m 滑行艇的设计进行了简要分析。 关键词 滑行艇 快速性 适航性 滑行艇是指体积傅氏数Fn >3、艇体重量主 要由水动升力支持的高速船。滑行艇具有良好的阻力性能、较高的航速、成本造价低等优点,是沿海旅游船、短途客渡艇、交通艇等理想的交通工具。优良的快速性、适航性是滑行艇设计的关键问题。 1 滑行艇的阻力分析与计算 滑行艇在Fn >3以后的航行状态表明,滑行艇由于受艇底水动力升力的作用,将艇体抬出水面,艇的重量主要由水动力支持,而水线下的排水量支持艇体重量的一小部分,所以滑行艇阻力成分不同于排水型过渡艇。 根据滑行艇的阻力理论,滑行艇的总阻力R T =Δ?tg τ+R f ,其中Δ?tg τ为剩余阻力,包含兴波阻力和飞溅阻力两大阻力成分,Δ为排水量,τ为滑行状态下的纵倾角,R f 为摩擦阻力,这一理论是平板滑行理论的延伸。第18届国际船模试验池会议提出:滑行艇在滑行状态下的裸船体阻力表达式为R Th =Δ?tg τ+R f +R S pf ,其中R S pf 是考虑由于须状飞溅的湿面积所引起的摩擦阻力。作者认为以上阻力表达式在计算过程中有一定的难度和局限性。具体表现在:①艇在滑行状态下纵倾角受艇的线型、重量、重心和不同的航速而变化,由于流体水动力升力作用于艇底复杂的曲面,因而很难准确地计算出其纵倾角。②艇体的湿面积和飞溅湿面积受航行状态和航速等的影响,同样也很难准确地计算。③在高速滑行状态下,受水动力作用的影响,粘压阻力不容被忽略。 我们在这里介绍日本造船协会通过船模试验得 作者单位:汪建午、柯建平———海军第4807厂(355011)。 收稿日期:2001-06-25 出的一种简便而行之有效的计算方法。这种计算方 法的裸船体阻力表达式为R T =C ?Δ?g ,其中C 为 总阻力系数,由试验图谱求得,详见图1,Δ为排水量,g 为重力加速度。从图谱中知:总阻力系数与排水量、体积傅氏数Fn ,艇艉的斜升角βt 及从艉至 重心的距离L G 有关。在设计中,Δ、βt 、 L G 皆已知,通过假定不同的航速V 可得出不同的体积傅氏数 Fn ,利用线性插值法可求得不同航速下艇的裸船 体阻力R T 。在实船阻力计算中,考虑到空气及附体阻力还应在R T 的基础上增加8%～10%余量,进 而求得相应的有效功率和一定的主机功率下艇的航速 。 图1 日本造船协会滑行艇阻力计算图谱 2 滑行艇诸要素对艇快速性、适航性 的影响 211 艇体重量与艇体结构 艇体排水量Δ对阻力最为敏感,滑行艇的阻力 中剩余阻力Δ?tg τ占80%左右。相同条件下,随着 J S 2001-4-02 江苏船舶 J IAN GSU SHIP 第18卷 第4期 5
第9章 高速船型的阻力特性汇总
187 第九章 高速船型的阻力特性 高速船，又称高性能船，是当前世界造船事业的热门课题。这些船舶无论在军用上，还是在民用交通运输方面都占有相当重要的地位。世界各国十分重视对各种形式高性能船开发与研制，高速船被预言是“21世纪海上主要的运输工具之一”。本章仅简要介绍那些应用较广或颇受有关方面关注的某些船型以及它们的阻力问题。 § 9-1 船舶航行中的航态与高速船种类 由于各类船舶所处的航速范围不同，所以航行中的航态亦各不相同。航态变化往往与阻力特性的变化联系在一起，通常的排水型船舶由于其航速处于排水航行状态，航态变化极小，所以通常不考虑航态对阻力的影响。但对各种快艇而言，航态对阻力的影响相当重要，因此在讨论阻力特性时必须与航态联系在一起。 一、船舶航行中的航态 有关研究表明，船舶航行中的航态有时会对阻力特性产生较大的影响。一般说来，船舶在航行时的航态与静浮状态是不相同的，而且航态随航速变化而变化。根据已有资料表明：船舶在航行过程中，船体各部位的吃水较静浮时将发生变化。图9-1是巴甫连柯根据试验给出的船舶在不同速度下，船首、船尾和重心处的吃水变化情况，其中速度参数为：Fr ▽＝ 3 /1s g υ?(这里▽为排水体积，Fr ▽ 称为体积傅汝德数)。船舶航行过程中，伴随有航态变化， 即在垂直方向出现运动和位移，表明其不但受到静力作用，而且必然存在着流体动力的作用。 设Δ为船体排水量，▽为船体静浮时的排水体积，▽1为船体在航行过程中的排水体积，L 为沿垂直方向作用在船体上的流体动力或称升力。则船体在航行时，沿垂直方向的受力关系为： L ρ+??=1g Δ (9-1) 实际航行表明，根据船舶的Fr ▽值，所有水面船舶大致可以划分为三种航态： (1) 排水航行状态：当Fr ▽＜1.0，此时航速较低，流体动力所占比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体航态与静浮时变化不大。 下沉 图9-1 船舶运动中的航态与Fr ▽的关系
旋翼的空气动力特点9页
旋翼的空气动力特点 (1)产生向上的升力用来克服直升机的重力。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓直升机下降趋势。 (2)产生向前的水平分力克服空气阻力使直升机前进，类似于飞机上推进器的作用(例如螺旋桨或喷气发动机)。 (3)产生其他分力及力矩对直升机；进行控制或机动飞行，类似于飞机上各操纵面的作用。旋翼由数片桨叶及一个桨毂组成。工作时，桨叶与空气作相对运动，产生空气动力；桨毂则是用来连接桨叶和旋翼轴，以转动旋翼。桨叶一般通过铰接方式与桨毂连接。 旋翼的运动与固定翼飞机机翼的不，因为旋翼的桨叶除了随直升机一同作直线或曲线动外，还要绕旋翼轴旋转，因此桨叶空气动力现象要比机翼的复杂得多。 先来考察一下旋翼的轴向直线运动这就是直升机垂直飞行时旋翼工作的情况，它相当于飞机上螺旋桨的情况。由于两者技术要求不同，旋翼的直径大且转速小；螺旋桨的直径小而转速大。在分析、设计上就有所区别设一旋冀，桨叶片数为k，以恒定角速度Ω 绕轴旋转，并以速度Vo沿旋转轴作直线运动。如果在想象中用一中心轴线与旋翼轴重合，而半径为r的圆柱面把桨叶裁开(参阅图2，1—3)，并将这圆柱面展开成平面，就得到桨叶剖面。既然这时桨叶包括旋转运动和直线运动，对于叶剖面来说，应有用向速度(等于Ωr)和垂直于旋转平面的速度(等于Vo)，而合速度是两者的矢量和。显然可以看出(如图2．1—3)，用不同半径的圆柱面所截出来的各个桨叶剖面，他们的合速度是不同的：大小不同，方向也不相同。如果再考虑到由于桨叶运动所激起的附加气流速度(诱导速度) )，那么桨叶各个剖面与空气之间的相对速度就更加不同。与机翼相比较，这就是桨叶工作条件复杂，对它的分析比较麻烦的原因所在。 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例，应用滑流理论说明旋翼拉力产生的原因。此时，将流过旋翼的空气，或正确地说，受到旋翼作用的气流，整个地看做一根光滑流管加以单独处理。假设： 空气是理想流体，没有粘性，也不可压缩； 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空气的无限薄的圆盘(即桨盘)，流过桨盘的气流速度在桨盘处各点为一常数； 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑旋翼的旋转影响)，在正常飞行中，滑流没有周期性的变化。 根据以上假设可以作出描述旋翼在：垂直上升状态下滑流的物理图像，如下图所示，图中选取三个滑流截面，So、S1和S2，在So面，气流速度就是直升机垂直上升速度Vo，压强为大气压Po，在S1的上面，气流速度增加到V1= Vo+v1，压强为P1上，在S1 的下面，由于流动是连续的，所以速度仍是V1，但压强有了突跃Pl下＞P1上，P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面，气流速度继续增加至V2=Vo+v2，压强恢复到大气压强Po。 这里的v1是桨盘处的诱导速度。v2是下游远处的诱导速度，也就是在均匀流场内或静止空气中所引起的速度增量。对于这种现象，可以利用牛顿第三用动定律来解释拉力产生的原因。 旋翼的锥体
先进船型与船体结构设计技术综述
先进船型与船体结构设计技术 1 概述 1.1船型与船体结构设计技术的概念与内涵 船型，通常指船舶的类型，按不同的分类标准可以划分为许多种不同的船型。例如按载货方式可分为散货船、油船、集装箱船，其中散货船又有灵便型、巴拿马型、超巴拿马型、好望角型等系列；按航行姿态可分为排水量船、滑行艇、水翼船、气垫船、地效翼船等；按推进器型式可分为螺旋桨推进船、喷水推进船、明轮船等；按动力装置种类可分为柴油机推进船、电力推进船、燃气动力装置船、核动力装置船等。 船体结构设计是在满足船舶总体设计的要求下，解决船体结构的形式、构件的尺度与连接等设计问题，保证船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能。船体结构设计应考虑以下几方面：1）安全性，结构设计应保证船舶在各种外力作用下，具有一定的强度和防振性能。2）适用性，结构的布置与构件尺度的选用应符合营运的要求。3）整体性，结构设计必须与船舶性能、轮机、没备、电气及通风等设计密切配合，确保船舶在各个方面都具有良好的工作性能。4）工艺性，结构形式与连接形式的选择应便于施工，选用结构材料应适当减少规格，根据船厂的设备情况和生产组织管理等特点，采用先进、高效、经济的工艺措施。5）经济性，考虑上述方面条件下，力求减少结构的重量，材料选用恰当，使船舶具有更好的经济性能。 1.2 重要性 在国防工业领域，采用新的结构形式、新材料、新型推进方式等新技术开发先进船型，是改善海军舰船总体性能、提高作战效率的重要手段。近十几年来，随着科技的进步，海军对舰船的航行性能、隐身性能、负载能力等要求不断提高；在对近海作战能力的不断重视下，舰船在浅水海域作战需要小吃水，为安装模块化装备需要宽大甲板面积，快速航渡需要高航速。常规单体船型虽然推进效率较高、超载能力强、船体结构简单、维修方便、造价低，但已较
螺旋桨概述
螺旋桨概述 1.概念 1.1结构 图1 螺旋桨示意图 图2 螺旋桨结构 螺旋桨由桨叶、浆毂、、整流帽和尾轴组成，如上图所示。 滑失：如果螺旋桨旋转一周，同时前进的距离等于螺旋桨的螺距P，设螺旋桨转速为n，则理论前进速度为nP。也就是说将不产生水被螺旋桨前后拨动的现象，然而事实上，螺旋桨总是随船一起以低于nP的进速V s对水作前进运动。那么螺旋桨旋转一周在轴向上前进的实际距离为h p（＝V s/n），称为进距。于是我们把P与h p之差（P－h p）称为滑失。 滑失与螺距P之比为滑失比： S r＝（P－h p）/P＝（nP－V s）/nP＝1－V s/nP
式中V s/nP称为进距比。 从式中可以得出，当V s＝nP时，S r＝0。即P＝h,也就是螺旋桨将不产生对水前后拨动的现象，螺旋桨给水的推力为零。 因此我们可以得出结论：滑失越大，滑失比越高，则螺旋桨推水的速度也就越高，所得到的推力就越大。 1.2工作原理 船用螺旋桨工作原理可以从两种不同的观点来解释，一种是动量的变化，另一种则是压力的变化。在动量变化的观点上，简单地说，就是螺旋桨通过加速通过的水，造成水动量增加，产生反作用力而推动船舶。由于动量是质量与速度的乘积，因此不同的质量配合上不同的速度变化，可以造成不同程度的动量变化。 另一方面，由压力变化的观点可以更清楚地说明螺旋桨作动的原理。螺旋桨是由一群翼面构建而成，因此它的作动原理与机翼相似。机翼是靠翼面的几何变化与入流的攻角，使流经翼面上下的流体有不同的速度，且由伯努利定律可知速度的不同会造成翼面上下表面压力的不同，因而产生升力。而构成螺旋桨叶片的翼面，它的运动是由螺旋桨的前进与旋转所合成的。若不考虑流体与表面间摩擦力的影响，翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力，而在旋转方向的分量就是船舶主机须克服的转矩力。 1.3推力和阻力 以一片桨叶的截面为例：当船艇静止时，螺旋桨开始工作，把螺旋桨看成不动，则水流以攻角α流向桨叶，其速度为2πnr（n为转速；r为该截面半径）。根据水翼原理，桨叶要受升力和阻力的作用，推动螺旋桨前进，即推动船艇前进。船艇运动会产生顶流和伴流。继续把船艇看成不动，则顶流以与艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋桨流来，而伴流则以与艇速方向相同，流速为u r向螺旋桨流来。通过速度合成，我们可以得到与螺旋桨成攻角α，向桨叶流来的合水流。则桨叶受到合水流升力dL和阻力dD的作用，将升力和阻力分解，则得到平行和垂直艇首尾线的分力：
深V型高速艇的特点及其发展前景
深V型高速艇的特点及其发展前景 刘璐 (广船国际船舶研究所) 关键词:高速艇深V型特点 1高速艇的定义及其分类 高速艇也称快艇,是第二次世界大战前后兴起的一些航速高、排水较低的军用或民用船舶,包括早期的高速排水型艇、滑行艇以及近年来发展较快的水翼艇、气垫船和高速双体船。 高速艇作为一种多用途的小型高速船只,由于采用不同的分类方法,因而种类繁多。目前的分类方法按用途、艇体结构材料、航行原理及航行区域等方面进行划分。根据目前各国研制和应用的实际情况,高速艇的具体形式有: (1)高速排水型艇。这种艇又称为航海快艇。由于其艇体型线剖面常采用圆舭型剖面,故又称圆舭艇。这种艇的实际航速范围约在014≤F N<113,虽然航速高,但航行上仍处于排水航行状态。艇体的重量主要仍有静浮力所支持。只有当航速在F N大于017时,艇体受到水动力升力的作用,且这种升力将随航速而增大,相应的静力作用将减小,但静力仍是主要的,其航行处于一般排水型船舶与滑行艇之间,因此这类艇又可称作过渡型快艇。 (2)滑行艇。滑行艇的速度范围均在F N 大于110或者在体积傅汝德数F NV大于310。由于这种艇航速很高,以至在水面航行时艇底产生很大的外力,将艇体托出水面,整个艇体在水面上“滑行”前进。由于排水体积很小,因而静浮力几乎趋于零。 (3)水翼艇。是指艇重量完全由艇底下水翼产生的水动力升力所支持,艇底完全离开水面的高速艇,以水翼的形式不同可分为全浸式和水面割划式两种。 (4)气垫船。这是五十年代推出的一种新型船舶,其主要原理是依靠在船底形成的高于大气压力的空气作为“气垫”,使得船与水不直接接触,从而大大降低了船的阻力,因此航速很高,按保持“气垫”的形式不同分为侧壁式气垫船和全垫式气垫船。 (5)小水线面船。这是由两个完全沉没的船体用一根或几根相当薄的支柱连接而成的组成体。 (6)高速双体船。其F r<1.0,以静水浮力为主,航态随V S变化,以排水航行为主。 (7)复合型高速船。其航速V S≤50kn,航行方式视复合方式而定,由几种外力支持。 2深V船型的由来及其特征 高速艇由于其高速的特点被广泛应用于军事和民用等方面。在军事方面的战斗艇具有小型隐蔽、机动灵活、轻便快速、战斗力强、造价低、日常运行费用省、用途广泛、战时可大批生产等优点,受到各国海军的重视。在民用方面如交通艇、高速客艇、渡船以及其他各种专用工作艇等也遍及世界各地。但是高速艇也有其本身的弱点,主要表现在两个方面,一是适航性差,因而对一般的战斗艇往往都有明确的适航性指标,以确保一定条件下炮火使用和安全航行;另一是续航力小,因而一定程度上限制了它的作战半径。又因其耐波性能较差,风浪中的航速受到很大的限制,从而影响了舰艇的水战性能,难以发挥战斗力。为此,世界上不少国家都在力图寻求和探索耐波性能优良,风浪中能高速航行的新颖舰船。尽管在过去20多年中已提出的诸如水翼艇、气垫船、小水面双 42
第4章 螺旋桨模型的敞水试验
274 第四章 螺旋桨模型的敞水试验 螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，试验可以在船模试验池、循环水槽或空泡水筒中进行。它是检验和分析螺旋桨性能较为简便的方法。螺旋桨模型试验对于研究它的水动力性能有重要的作用，除为螺旋桨设计提供丰富的资料外，对理论的发展也提供可靠的基础。 螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用大致是： ① 进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。现时各类螺旋桨的设计图谱都是根据系列试验结果绘制而成的。 ② 根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能指出方向。 ③ 校核和验证理论方法必不可少的手段。 ④ 为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。 螺旋桨模型试验的重要性如上所述，但模型和实际螺旋桨形状相似而大小不同，应该在怎样的条件下才能将模型试验的结果应用于实际螺旋桨，这是首先需要解决的问题。为此，我们在下面将分别研究螺旋桨的相似理论以及尺度作用的影响。 § 4-1 敞水试验的相似条件 从“流体力学”及“船舶阻力”课程中已知，在流体中运动的模型与实物要达到力学上的全相似，必须满足几何相似、运动相似及动力相似。 研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结果基本上是一致的。下面将用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法则求出螺旋桨作用力的大致规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运转时产生的水动力(推力或转矩)与直径D (代表螺旋桨的大小)、转速n 、进速V A 、水的密度ρ、水的运动粘性系数ν及重力加速度g 有关。换言之，我们可用下列函数来表示推力T 和各因素之间的关系，即 T = f 1(D ，n ，V A ，ρ，ν，g )， 为了便于用因次分析法确定此函数的性质，将上式写作： T = k D a n b c A V ρ d ν e g f (4-1) 式中k 为比例常数，a 、b 、c 、d 、e 、f 均为未知指数。 将(4-1)式中各变量均以基本量(即质量M 、长度L 、时间T )来表示，则得： 2T ML ＝f 2e 2 d 3c b a 1?? ? ????? ????? ????? ????? ??T L T L L M T L T kL
高性能船舶的类型及特点
高性能船舶的类型及特点 Types and Characteristics of High-Performance Ships WU Jiaming (South China University of Technology, Guangzhou ***** ) Abstract: High-performance ship is a kind of ship characterized with high speed, good navigability and cost effectiveness. The ship is of distinct difference with ships of normal displacement type. Different types of highperformance ships possess different features of excellent sea-keeping and maneuverability, amphibian, small draught and low physical field radiation besides its high-speed performance. The characteristics of different types of highperformance ships are introduced and analyzed in this paper. Key words: High-performance ship; Gliding boat; Hydrofoil Craft; Air-cushion vehicle; Wing-in-ground-effect aircraft; SWATH ship 1 高性能船舶的类型及特点[1-6] 高性能船舶是指：与常规排水量型船有显著差异，以能实现高航速、良好的适航性和相应的经济性为主要目标的船舶。高性能船舶在高速航行时全部或部分脱离水面，以减小水的阻力，尤其是兴波阻力，同时大幅度地减轻由波浪造成的船体的摇摆，从而能有效提高船舶的航速和耐波性。这类船舶在高速航行时，船体所受的浮力很多时候已经不作为支承船舶重量的主要因素。一般认为，高性能船舶包括以下类型：滑行艇、水翼艇、气垫船、掠海地效翼船、小水线面双体船等，以下对这几种类型高性能船舶的主要特点进行简要的介绍和分析。 1.1 滑行艇[7-12] 1.1.1 常规滑行艇（无断级滑行艇） 常规滑行艇的特点是在高速航行时，仅部分船底与水面接触。滑行艇的船型与一般的船不一样，它的底部比较平坦，当船高速前进时
对转螺旋桨敞水试验技术
8.4.1 对转螺旋桨敞水试验技术 敞水试验是研究螺旋桨在均匀流场中的工作特性。敞水试验的目的是： （1）进行系列模型桨试验，建立螺旋桨设计图谱； （2）研究螺旋桨的不同几何特性参数对其水动力性能的影响，为改进设计和优化设计提供试验数据； （3）提供模型自航试验和实雷推进性能预报必要的敞水性证曲线。 一、试验方法和试验设备 螺旋桨敞水试验必须满足的相似准则是进速系数J。雷诺数、弗氏数、相对潜深都属于 限制参数。为了消除自由液面的影响(兴波和吸气)，螺旋桨的轴线潜深应大于或等于一个桨径。为了避免严重的粘性尺度效应，桨模雷诺数要求大于某一临界值，这一点在下文将作专门讨论。 试验方法有二种： (1)固定进速（拖车速度不变）、改变螺旋桨转速，此方法称等速度法； (2)固定螺旋桨转速，改变进度（变化拖车速度），此方法称等转速法。 目前使用的敞水试验装置有二种结构形式：一种是扁舟式敞水箱。螺旋桨动力仪、换向和减速齿轮箱、电机等安装在箱体内，驱动螺旋桨的空、实轴伸出箱体外，为减小箱体对螺旋桨流动的影响，螺旋桨与箱体之间的轴向距离要求大于2—3倍桨直径。另一种是炮弹式敞水试验装置。其外型为流线型圆柱体，类似于炮弹形状。动力仪及驱动螺旋桨的传动轴系安装在圆柱体内。圆柱体上方有一空心的弓形剖面的支杆一直伸到水面上，安放在水面上的电机通过直角传动机构驱动螺旋桨轴转动。这种结构形式的优点是对螺旋桨流动的干扰影响小，另外可以允许增大潜深，提高车速。 敞水试验的主要测量仪器是螺旋桨动力仪。中国船舶科学研究中心水池用于正、反转螺旋桨敞水试验的动力仪有变磁阻式空、实轴螺旋桨动力仪、电阻应变式多功能螺旋桨动力仪。螺旋桨转速由光电式或磁电式速度仪测量。图8-8是鱼雷对转桨试验装置的示意图。 图8-8 鱼雷对转桨试验装置示意图 1- 内轴；2-外轴；3-空心万向轴节； 4-空心动力仪；5-换向齿轮箱；6，7-万向联轴节 8-减速齿轮箱；9-光电测速仪；10-电机。 二、敞水试验数据表达 敞水试验测量的数据有：前桨推力、前桨扭矩、后桨推力、后桨扭矩；螺旋桨 转速n、拖车速度。 为了便于比较分析，通常均以前桨直径无因次化。 前桨推力系数
高性能船水动力原理与设计思考题
“高性能船水动力原理与设计”思考题 2011年度 1.何谓高性能船，其特点是什么？ 2.高性能船的种类有哪些，其中哪些是排水型船？哪些是水动力支撑？哪些是空气动力支撑？ 3.船型和兴波阻力的关系？ 4.线性兴波阻力理论在船型设计中的作用？ 5.船型的概念，船型包含那些内容？ 6.随体积傅氏数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？ 7.影响耐波性的船型参数有哪些？（图2-4） 1）贝尔的耐波性品级指标中影响耐波性的船型参数有哪些？ 2）莫尔在研究船型与耐波性的关系中，影响纵向运动的船型参数有哪些？ 8.常用高速方艉圆舭排水型船阻力计算方法有哪些？图谱方法有哪些？ 9.单体圆舭高速船的船型特点？ 10.方艉船型的水动力特点？ 11.方艉船型的特征参数（b/B,β）及其对水动力性能的影响？ 12.为什么深V船型的耐波性好？ 13.单体深V高速船的船型特点？ 14.试比较深V船型与常规圆舭船型的水动力特点？ 15.画出典型圆舭和深v船型横剖面图。 16.SSB的作用？ 17.据试验结果，书（P34~37)分析不同参数的SSB首对阻力和耐波性的影响。 18.高速双体船的船型特征及其优缺点？ 19.高速双体船的阻力特性，分析两片体间干扰阻力产生原因？ 20.临界速度和无效干扰速度概念，画出典型普通高速双体船的兴波阻力曲线并分析其特点？ 21.分析修长度系数及片体间距对双体船阻力影响？ 22.如何估算双体船阻力？有哪些方法？ 23.试分析双体船航行升沉与纵倾变化的特点,设计中如何计及其影响? 24.为什么双体船会发生螺旋运动? 25.小水线面双体船的船型特点？ 26.小水线面船优缺点? 27.SW ATH的性能特点？ 28.SW ATH的快速性特点,单支柱SW ATH兴波阻力公式中包含那些部分?双支柱呢? 29.为什么称小水线面双体船是全天候船舶,试分析其耐波性能? 30.为什么小水线面双体船纵向运动预报要考虑粘性影响? 31.为么小水线面船通常纵向运动不稳定?如何改进? 32．鳍的作用及其对耐波性影响？ 33．WPC的船型特点，画出典型WPC横剖面形状？ 34．如何选择WPC的横剖面形状？尾端形状及首端形状？ 35．影响WPC性能的主要船型参数有哪些？并分析之。 36. WPC的快速性和耐波性特点？ 37．比较WPC和WPM（中央船体带SSB）的阻力和运动性能.? 38．高速三体船的船型特点？
螺旋桨公式
螺旋桨公式 一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数
螺旋桨计算公式
直升机螺旋桨升力计算公式 直升机螺旋桨升力计算公式 一般直升机的旋翼系统是由主旋翼.尾旋翼和稳定陀螺仪组成，如国产直－8，直－9。也有共轴反旋直升机，主旋翼是上下两层反转螺旋桨，无尾翼，如俄罗斯的卡－28。 1.现在的直升机螺旋桨（叫旋翼）的桨叶是由碳纤维和玻璃钢纤维与复合材料制造而成。 有一定的弹性，不转时，桨叶略有下垂弯曲。当螺旋桨旋转时，由于离心力的原理，桨叶会被拉直。打个比方，我们看杂技“水流星”吧，两只水碗栓在一根绳子两端，放着不动时，绳子是支持不了水碗的，当旋转起来后，我们看到水碗和绳子象直线一样， 空中飞舞。 2.直升机的主螺旋桨是怎么支撑飞机的重量？这个问题就是直升机的飞行原理：（以一般直升机为例）直升机能在空中进行各种姿态的飞行，都是由主旋翼（你讲的螺旋桨） 旋转产生的升力并操纵其大小和方向来实现的。升力大于重量时，就上升，反之，就下降。 平衡时，就悬停在空中。直升机的升力大小，不但决定于旋翼的转速， 而且决定于旋翼的安装角（又称桨叶角）。升力随着转速.桨叶角的增大而增大； 随着转速.桨叶角的减小而减小。直升机在飞行时，桨叶在转每一圈的过程中， 桨叶角都是不同的；而且，每片桨叶的桨叶角也是不同的。这才使直升机能够前. 后仰， 左.右倾，完成各种姿态。直升机尾旋翼的转速和桨叶角的变化同主旋翼原理相同，控制直升机的左转弯.右转弯和直飞。不管天空有风无风，直升机要稳定飞行， 不变航向，也要靠稳定陀螺仪控制尾旋翼来完成。总之，直升机旋翼系统非常复杂，我只讲直升机空中姿态变化与旋翼的关系。 １，直接影响螺旋桨性能的主要参数有： a.直径D——相接于螺旋桨叶尖的圆的直径。通常，直径越大，效率越高， 但直径往往受到吃水和输出转速等的限制； b.桨叶数N; c.转速n——每分钟螺旋桨的转数； d.螺距P——螺旋桨旋转一周前进的距离，指理论螺距； e.滑失率——螺旋桨旋转一周，船实际前进的距离与螺距之差值与螺距之比； f.螺距比——螺距与直径的比（P/D），一般在0.6~1.5之间；一般地说来，高速轻载船选取的值比较大，低速重载的船选取的值比较小； g.盘面比——各桨叶在前进方向上的投影面积之和与直径为D的圆面积之比。通常，高转速的螺旋桨所取的比值小，低速、大推力的螺旋桨所取的比值大。例如，拖轮的螺旋桨盘面比大于１.2甚至更大的情况也不少见； 机翼升力计算公式 升力L=1/2 *空气密度*速度的平方*机翼面积*机翼升力系数（N） 机翼升力系数曲线如下注解：在小迎角时曲线斜率是常数。
深潜器等厚导管螺旋桨敞水性能计算分析_刘可峰
SHIP ENGINEERING 船舶工程Vol.36 No.1 2014 总第36卷，2014年第1期深潜器等厚导管螺旋桨敞水性能计算分析 刘可峰1, 2，姚宝恒1，连琏1 （1．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2．江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003） 摘 要：利用三维设计软件系统SolidWorks对No.37+Ka4-70导管螺旋桨进行了三维实体建模，并对某深潜器使用的No.37导管外形进行了等厚处理。利用计算流体力学软件Fluent对两组导管螺旋桨模型进行了敞水数值模拟，得到了导管螺旋桨的推力，扭矩及其效率，并与图谱数据对比，证明了数值方法的有效性。比较数据分析了No.37导管等厚变化对ROV推进性能的影响，总结了No.37+Ka4-70等厚导管螺旋桨的优缺点。 关键词：深潜器；导管螺旋桨；等厚导管；敞水性能；Fluent 中图分类号：U664.34 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 01-0037-04 Calculation and Analysis of Open Water Performance for Submersibles Identical Thickness Ducted Propellers LIU Ke-feng1, 2, Y AO Bao-heng1, LIAN Lian1 (1. State Key Laboratory of Ocean Engineering, School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2. School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang city 212003, Jiangsu province, China) Abstract: The duct outline of ducted propeller No.37+Ka4-70 was altered for submersibles after building its 3D model with the 3D CAD software system SolidWorks in the article, their open water hydrodynamics feature was simulated and analyzed by using Fluent software. When comparing with the propeller chart, it shows that the numerical method is effective. The thrust force, torque, related coefficient and efficiency were compared. Through calculation and analyses, the advantages and disadvantages of identical thickness ducted propeller No.37+Ka4-70 were summarized. Key words: submersible; ducted propeller; identical thickness duct; open water performance; Fluent 拖网渔船和拖轮等船舶在重载工况作业时，由于其螺旋桨载荷较重，若采用传统螺旋桨，往往效率较低，导管螺旋桨由于其在重载工况下的良好性能而在这类船舶上得到了大量的应用。导管螺旋桨是一种特种推进器，在20世纪30年代就开始了工程应用，它在普通螺旋桨的外围装上了一个套筒，其剖面形状一般为机翼型或是折角型，导管与其中的螺旋桨形成了一个整体工作，这时的流场与没有导管时将发生较大的变化。按照内部流场的变化情况，导管可以分为加速型导管和减速型导管。对于加速型导管，首先可以使螺旋桨盘面处的水流加速，使螺旋桨工作在较大的速度场，从而可以提高螺旋桨的效率。其次，由于导管出口处的面积逐渐扩大，尾流的收缩变小，使轴向诱导速度减小，也有助于提高螺旋桨的效率。最后，由于叶梢和导管的间隙很小，由叶面和叶背的压力差引起的绕流大大减小，其能量损失也就减小。正是由于这些原因，加速导管螺旋桨具有重载效率高，推力大等特点，对于功率系数B p较高的使用场合，采用它能达到较高的效率[1]。深潜器对系泊推力有较高的要求，其推力计算一般就设定在系泊工况下进行，功率系数B p往往很大，故深潜器选用加速导管螺旋桨能获得较好的推进性能。 国外发表的导管螺旋桨系列试验资料中，以荷兰船模试验池的No.19A+Ka和No.37+Ka系列导管螺旋 收稿日期：2013-07-09；修回日期：2013-09-15 基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2008AA092301-1） 作者简介：刘可峰（1978-），男，讲师。主要研究方向为船舶设计，潜器操纵与控制和水动力学应用。 DOI:10.13788/https://www.wendangku.net/doc/6515660951.html,ki.cbgc.2014.0010
航模螺旋桨基础知识
一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数 直径(D)：影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。 此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(＜音速)，否则可能出现激波，导致效率降低。 二、桨叶数目(B)：可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正 比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时，采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。 实度(σ)：桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。
新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能
收稿日期：2016-09-07 网络出版时间：2017-3-1316:17 基金项目：上海交通大学海洋工程国家重点实验室自主研究课题（GKZD010061） 作者简介：魏成柱，男，1987年生，博士生。研究方向：新船型开发，智能水面无人平台研发与数值仿真计算。 易宏（通信作者），男，1962年生，教授，博士生导师。研究方向：潜器与特种船舶开发，海上装置与系统开发设计，系统可靠性与人因工程。 李英辉，男，1973年生，博士，讲师。研究方向：新型船舶开发和数值计算 0引言 高性能船舶的发展围绕着不断提高快速性和 耐波性展开。自上世纪40年代开始，出现了多种经典的高性能船型，其中的典型代表有水翼艇、气垫船、深V 型船、滑行艇、多体船、穿浪双体船、槽 新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能 魏成柱1，2，易宏1，2 ，李英辉1 1上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海2002402高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240 摘要：［目的］为了将高速与高耐波性能相结合，上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型，目前已发展 出单体、双体和三体船型。［方法］介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点，并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS 方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。［结果］数值水池实验结果表明，高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态，船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。［结论］展示了多种创新的船舶设计方案，可为研究人员提供定量和定性的参考。 关键词：高速穿梭艇；船型开发；高性能船舶；直航性能；数值仿真中图分类号：U661.3，U662.2 文献标志码：A DOI ：10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.002 Hull forms and straight forward CFD free running trials of high-speed shuttle vessels WEI Chengzhu 1，2，YI Hong 1，2 ，LI Yinghui 1 1State Key Laboratory of Ocean Engineering ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China 2Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration ，Shanghai 200240，China Abstract ：SV-SJTU high-speed shuttle vessels are developed by Shanghai Jiao Tong University for fine seakeeping and high speed purposes.A series of SV-SJTUs have been developed,and are introduced in this paper.Straight forward CFD free running trials were conducted and the results are also presented.Hull resistance and motions are predicted by solving URANS equations and adopting the overset mesh method.The results of the straight forward CFD free running trials prove that SV-SJTUs have little resistance and fine hull motion in calm water,and their wave-making and splashing differ with different hull forms.This paper presents the designs of a variety of high performance ships,thereby providing quantitative and quali?tative references for researchers. Key words ：high-speed shuttle vessel ；hull form development ；high-performance ships ；straight forward CFD free running trials ；numerical simulations 引用格式：魏成柱，易宏，李英辉.新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能［J ］.中国舰船研究，2017，12（2）：12-21. WEI C Z ，YI H ，LI Y H.Hull forms and straight forward CFD free running trials of high-speed shuttle vessels ［J ］.Chinese Journal of Ship Research ，2017，12（2）：12-21.