舰船更换主机后的快速性预报

周 煜

(南通航运职业技术学院 船舶与海洋工程系，江苏 南通226010)

0 引 言

舰船由于其特殊的使命要求，其快速性是诸多性能中的主要性能之一。为了提高航速，通常采用多桨推进。虽然越来越多的舰船采用多桨推进，但是目前为止，多桨船螺旋桨的设计仍然是依据单桨船螺旋桨的设计方法，然后根据实验进行修正，还没有直接用于多桨船螺旋桨设计的系列图谱。其实，多桨船的螺旋桨设计过程和单桨船相通，只不过是单桨船螺旋桨设计时只考虑船体和螺旋桨的设计而已，而多桨船螺旋桨设计除了考虑上述因素外，还要考虑桨和桨之间的干扰，所以还不完全一样。因此，有必要提出多桨船螺旋桨的设计方法。

Labberton［1］针对四桨舰船中采用相同尺度的螺旋桨会导致不同轴系所需要的功率不等而提出了一种更改螺距比的设计方法。高秋新等［2］探索了船尾流动与多个螺旋桨之间的相互作用，并给出了一艘四桨船模的实例分析。覃新川、单铁兵等［3－5］从理论方向研究了四桨两舵推进系统的水动力干扰，并对某大型舰船的四桨两舵推进系统的水动力进行分析研究。王展智等［6］以四桨水面舰船为研究对象，研究了螺旋桨的相对纵向分布位置和横向分布位置的变化对螺旋桨水动力性能的影响。本文在总结前人经验的基础上，采用图谱设计法对更换主机舰船的螺旋桨进行设计，达到了预定的航速要求，表明螺旋桨图谱设计法对预报舰船快速性的适用性。

1 设计工况

原舰船的主尺度和船型系数如表1所示，螺旋桨和主机参数如表2所示，取原舰船最大功率95%和相应主机最大转速为设计工况，然后校核在主机额定转速下的功率贮备，确保满足规范中额定功率留有5%～10%贮备的要求。

表1 舰船主尺度和船型系数Tab.1 Principle dimensions and coefficients of ship form

表2 舰船螺旋桨及主机参数Tab.2 Parameters of propellers and main engines

由舰船主机和螺旋桨参数可知，计算转速N =1 500 r/min/2.064 5 = 726.6 r/min = 12.109 r/s，桨的收到功率PD=1 000 ×95% ×0.98 ×0.975 =907.7 kW，由于本舰船允许设计2 套螺旋桨(共4组)，其螺旋桨的基本要素如表3所示，主机限制曲线负荷数据如表4所示，主机使用负荷限制曲线如图1所示。

表3 舰船螺旋桨基本参数Tab.3 Basic parameters of propellers

表4 主机限制曲线负荷数据Tab.4 Limit curves of main engines' electric load

图1 主机使用负荷限制曲线Fig.1 Limit curve of electric load used by main engines

2 快速性指标预报

使用TBD620V8型柴油机，根据给定的主机负荷限制曲线和负荷数据对该舰船进行快速性预报，得到进行四桨同时工作时快速性指标，如表5所示;侧桨工作，中桨自由旋转时快速性指标，如表6所示，中桨工作，侧桨自由旋转时快速性指标，如表7所示。

表5 四桨同时工作时快速性指标Tab.5 Rapidity index of four propellers working together

表6 侧桨工作，中桨自由旋转时快速性指标Tab.6 Rapidity index of side propellers working

表7 中桨工作，侧桨自由旋转时快速性指标Tab.7 Rapidity index of middle propellers working

根据表5～表7的数据可绘制航行特性曲线，如图2所示。根据图2 螺旋桨航行特性曲线和主机负荷限制曲线得出如下结论:

1)采用第2 组桨作外侧桨、第3 组桨作内侧桨，四桨同时工作，在主机最大允许转速1 446 r/min，功率895 kW 时，最大航速可达27.5 kn，较原来降低0.9 kn;

2)在外侧桨工作、内侧桨自由旋转，在主机最大允许转速1 230 r/min、功率750 kW 时，可达航速18.3 kn;

3)在内侧桨工作、外侧桨自由旋转，在主机最大允许转速1 225 r/min、功率747 kW 时，可达17.7 kn;

4)建议2)和3)都可作为巡航状态;

5)根据以上结论，如不重新设计螺旋桨，建议选螺距较小的第3 组桨作外侧桨、第4 组桨作内侧桨要好些;

6)选TBD620V8 柴油机，重新设计螺旋桨，对提高航速意义不大。

图2 螺旋桨航行特性曲线Fig.2 Navigation characteristics curves of propellers

3 选新机进行计算

由上述结论看出，选择TBD620V8型柴油机达不到28 kn 以上的航速要求，因此再重新选机进行计算。该型号主机功率1 016 kW，转速1 800 r/min，为保证螺旋桨的性能，因此齿轮箱的减速比必须为i =2.477，才能保证螺旋桨设计转速N=1 800/2.477=726.7 r/min。

该主机的使用负荷限制线如图3所示，螺旋桨航行特性曲线如图4所示。

表8 主机使用负荷限制曲线数据Tab.8 Limit curve of electric load used by main engines

图3 主机使用负荷限制曲线Fig.3 Limit curve of electric load used by main engines

图4 螺旋桨航行特性曲线Fig.4 Navigation characteristics curves of propellers

由以上计算可得出如下结论:建议选TBD620V8型柴油机，最大功率940 kW，转速1 500 r/min。但该型号没有这种机，因此选型TBD620V8 柴油机，最大功率1 016 kW，转速1 800 r/min，齿轮箱转速比为2.477，这时最大航速可达28.4 kn，巡航速度为18 kn 左右。

4 结 语

本文研究了四桨舰船更换主机后快速性的预报，采用螺旋桨的图谱设计法根据给定的设计工况和主机参数进行预报，达到了预定的航速，获得了满意的结果，表明螺旋桨图谱设计法在舰船快速性预报的优越性。

［1］LABBERTON J M.A method for determining proper pitch for the inboard and outboard propellers on a four screw ship［J］.Journal of the American Society for Naval Engineers，1973，49(4):576－584.

［2］高秋新，周连第.船舶尾部流动与多个螺旋桨相互干扰的数值模拟［J］.中国造船，1998(1):16－24.GAO Qiu-xin，ZHOU Lian-di.Numerical simulation of interaction between ship stern flow and multi-propellers［J］.Shipbuilding of China，1998(1):16－24.

［3］覃新川.短翼水动力计算模型与多桨多舵水动力干扰研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2006.QIN Xin-chuan.Research on numerical hydrodynamic short-foil model and the inference between multipropeller and multirudder ［D］.Harbin:Harbin Engineering University，2006.

［4］覃新川，黄胜，常欣.四桨两舵推进系统的水动力干扰研究［J］.中国造船，2008，49(1):112－116.QIN Xin-chuan，HUANG Sheng，CHANG Xin.Research on hydrodynamic interaction between four propellers and two rudders［J］.Shipbuilding of China，2008，49 (1):112－116.

［5］单铁兵.四桨两舵船舶螺旋桨不同工况下水动力性能及船体操纵性研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2008.SHAN Tie-bing.Research on hydrodynamic performance with four propellers and double rudders in different work condition and maneuverability of ship［D］.Harbin:Harbin Engineering University，2008.

［6］王展智，熊鹰，齐万江，等.船后桨的布局对螺旋桨水动力性能的影响［J］.哈尔滨工程大学学报，2012，33(4):427－431.WANG Zhan-zhi，XIONG Ying，QI Wan-jiang，et al.The effect of propeller arrangement arrangement behind the hull on propeller hydrodynamic performance［J］.Journal of Harbin Engineering University，2012，33(4):427－431.