计入毂径比修正的螺旋桨最佳直径设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113919062A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111141128.6(22)申请日2021.09.28(71)申请人中国舰船研究设计中心地址430064湖北省武汉市武昌区紫阳路268号(72)发明人周巍陈思王瑾解学参黄金森(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人胡建平王杰(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称计入毂径比修正的螺旋桨最佳直径设计方法(57)摘要本发明涉及一种计入毂径比修正的螺旋桨最佳直径设计方法，包括S1、择桨叶数、盘面比与目标桨相近的图谱；S2、选择不同毂径比的库存桨；S3、按正交设计方法设计不同螺旋桨直径和螺距比的组合方案；S4、计算每个方案下的船舶航速及对应的螺旋桨转速，通过对螺旋桨推力系数进行修正来考虑毂径比对螺旋桨性能的影响；S5、针对每个直径下的一系列计算结果，按给定转速进行插值，得到该直径对应的航速；S6、绘制直径‑航速曲线，其航速最大值对应的直径即为最佳直径。本发明解决在受毂径比影响较大的大毂径比螺旋桨最佳直径设计过程中无法考虑毂径比对螺旋桨水动力性能的影响的问题，使得计算结果更加准确。CN113919062ACN113919062A权利要求书1/3页1.一种计入毂径比修正的螺旋桨最佳直径设计方法，其特征在于，该方法根据螺旋桨水动力系数修正方法，采用基于螺旋桨图谱的直径和螺距正交样本点的枚举方法进行螺旋桨的最佳直径设计，具体包括以下步骤：S1、选择图谱：螺旋桨最佳直径设计采用图谱设计方法，选择桨叶数、盘面比与目标桨相近的图谱；S2、选择不同毂径比的库存桨：在螺旋桨数据库中，选择桨叶数、盘面比与目标桨相近，具有不同毂径比，除桨叶根部外，型值相同的两个螺旋桨，查询其毂径比和最高敞水效率；S3、设计不同螺旋桨直径和螺旋桨螺距比的组合方案：根据工程经验，确定螺旋桨直径和螺旋桨螺距比的选取范围，按正交设计方法，即每个直径和每个螺距比两两组合，生成系列方案；S4、计算每个方案下的船舶所能达到的航速及对应的螺旋桨转速，计算过程中，通过对螺旋桨推力系数进行修正来考虑毂径比对螺旋桨性能的影响；S5、针对每个直径下的一系列计算结果，按给定转速进行插值，得到该直径对应的航速；S6、绘制直径‑航速曲线，其航速最大值对应的直径即为最佳直径。2.根据权利要求1所述的计入毂径比修正的螺旋桨最佳直径设计方法，其特征在于，步骤S2中，如果螺旋桨数据库中无符合要求的螺旋桨，则依照目标桨的型值，设计两个螺旋桨，其中一个为小毂径比，记为r1，一个为大毂径比，记为r2，使得区间(r1，r2)范围尽可能大，并覆盖常用的设计空间；然后通过仿真或试验得到两个螺旋桨的最高敞水效率。3.根据权利要求1所述的计入毂径比修正的螺旋桨最佳直径设计方法，其特征在于，步骤S4中，每个方案下的船舶所能达到的航速及对应的螺旋桨转速，具体计算方法如下：S41、预设一系列航速，使得预设的航速范围覆盖本船的设计航速；S42、针对每个航速，依次计算螺旋桨所需推力T、螺旋桨进速VA、系数c，式中，ρ为海水密度，D为螺旋桨直径；S43、对于图谱横坐标上的每一个进速系数J，在推力系数曲线上查找每一个进速系数对应的推力系数KT，然后根据式(1)‑(2)对推力系数进行修正：KT修正后＝k·KT修正前(2)式(1)中，k为修正系数；ηA01，ηA02分别为S2中选取的两个库存桨的最高敞水效率；rA01，rA02分别为S2中选取的两个库存桨的毂径比；rB1为原始的图谱桨的毂径比；rB2为修正后的图谱桨的毂径比；22S44、以修正后的KT计算KT/J，以J为横坐标，KT/J为纵坐标作曲线；在曲线上查找纵坐标为c的点的横坐标J；进一步在图谱上查找J对应的转矩系数KQ和推力系数KT，然后根据式(1)‑(2)对推力系数进行修正；S45、计算螺旋桨敞水效率η0：2CN113919062A权利要求书2/3页2其中，J为J‑KT/J曲线上纵坐标为c的点的横坐标，KQ为图谱上J对应的转矩系数，KT为图谱上J对应的推力系数进行修正后的推力系数；计算螺旋桨转速N：2其中，VA为螺旋桨进速，J为J‑KT/J曲线上纵坐标为c的点的横坐标，D为螺旋桨直径；计算主机所需功率PS：其中，PE为有效功率，ηH为船身效率、ηR为相对旋转效率，ηS为轴系效率，η0为螺旋桨敞水效率；S46、通过上述计算，已得到每个预设航速下的螺旋桨转速和主机所需功率，用本船的主机功率进行插值，得到在本船主机功率下所能达到的航速，再