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军辅船7叶斜桨设计:需求与效果

时间:2023-09-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:螺旋桨的设计要求是:80%功率状态下自持航速达到20 kn且要预留3%的功率储备;设计航速下桨叶吸力面(叶背)泡空化初生的空化裕度达到10%,且全航速范围内其他类型空化程度最小化;螺旋桨振动最小且尽可能维持推进效率。很明显,该螺旋桨的设计需求同时包含了快速性、空化和非定常力性能指标,属于典型的低噪声设计应用案例。

军辅船7叶斜桨设计:需求与效果

1976年,美国海军船舶工程研究中心(Naval Ship Engineering Center,NAVSEC)委托泰勒舰船研发中心(David Taylor Naval Ship Research and Development Center,DTNSRDC)设计完成AO-177级补给舰螺旋桨设计。该舰满载排水量为27 380 t,最大航速高于21 kn,额定功率为24 000 hp(17 897 kW)。螺旋桨的设计要求是:80%功率状态下自持航速达到20 kn且要预留3%的功率储备;设计航速下桨叶吸力面(叶背)泡空化初生的空化裕度达到10%(叶背泡空化初生航速不低于设计航速的1.1倍),且全航速范围内其他类型空化程度最小化;螺旋桨振动最小且尽可能维持推进效率。其中,叶背泡空化初生临近螺旋桨推力突降点,易产生空化腐蚀,需严格加以限制;螺旋桨振动最小是指轴向激振力和桨叶诱导的船体脉动压力最小。很明显,该螺旋桨的设计需求同时包含了快速性、空化和非定常力性能指标,属于典型的低噪声设计应用案例。

DTNSRDC对该设计需求的具体解读是达到自持航速20 kn时留出功率储备6%,即轴功率18 048 hp(13 458 kW)时满足航速20 kn;螺旋桨收到额定轴功率时叶背泡空化初生航速为1.1倍设计航速;通过引入大侧斜使得螺旋桨非定常力载荷最小。最终的设计效果如下:7叶大侧斜桨,桨叶直径为6.4 m,非定常推力与平均推力比值为2.8‰,非定常力矩与平均力矩比值为3.5‰,在额定轴功率和额定转速100 r/min时预报航速为21.25 kn,叶背泡空化初生航速满足设计要求且系泊状态下无叶背泡空化产生,全功率状态下桨叶应力明显低于许用应力。可以看出,该7叶桨的非定常力抑制效果非常好,达到了某鱼雷泵喷2‰~5‰的同等设计水平,堪称延迟空化初生和抑制轴向非定常力的设计典范,非常值得借鉴。(www.xing528.com)

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