[发明专利]一种冰区船舶螺旋桨设计方法

摘要

本发明属于船舶领域，公开了一种冰区船舶螺旋桨设计方法，采用升力线方法和升力面方法结合的方式进行设计，将升力线的设计结果作为升力面方法的初始输入，设计过程中输入冰区船舶螺旋桨特殊的参数限制，依据船级社规范进行强度校核，再进行水动力计算。本发明实现冰区船舶螺旋桨设计，为冰区船舶的设计建造提供参考；易于编程实现，设计效率高，并且能够减小尾流收缩和船后伴流影响，减弱空化和噪声；设计过程中输入冰区船舶螺旋桨特殊的参数限制，进一步提高设计效率，满足冰区复杂环境的船舶螺旋桨运行的需要。

主权项

1.一种冰区船舶螺旋桨设计方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤(1)：输入螺旋桨的主要设计参数，包括螺旋桨直径D，毂径比r_h,船速V_s，叶数Z，螺旋桨推力T和径向划分数N，然后进行模式函数转换，将无因次半径转换成用角度表示的形式；步骤(2)：选择环量分布形式及伴流分布，计算环量分布形式的函数；步骤(3)：计算推力系数CT和进速系数λs，估计理想推力系数CTi：由船速和螺旋桨转速计算进角，将水动力螺距角βij的第一次近似值取为进角的值，再计算推力系数CT和进速系数λs；步骤(4)：将K值的初始值赋为0，按照Lerbs方法计算诱导因子ia,it：上式中，K为无因次环量分布与任意指定环量分布函数的比值，是与半径无关的待定系数；为无因次分布环量，F_m为环量分布函数的傅里叶系数，m为正整数，为角度；步骤(5)：用诱导因子i_a,i_t计算中间值步骤(6)：由求解K的方程，解出K的新值，并计算诱导速度U_a,U_t：步骤(7)：将K的新值代入确定环量，再确定新的β_ij：上式中，ω(r)为伴流分数；步骤(8)：判断前后两次计算的K值是否收敛，如果收敛进入步骤(9)，否则返回到步骤(5)；步骤(9)：计算升弦积Y(r)、叶剖面空泡数σ(r)和最小剖面模数；步骤(10)：选择桨叶剖面翼型，确定螺旋桨几何参数形状弦长比c(r)/D、厚度比t(r)/D、拱度比f/c、螺距比H/D和螺距角σ；步骤(11)：进行升力面修正和粘性影响修正；步骤(12)：重新计算推力系数CT，计算功率系数CP和效率η；步骤(13)：按照采用中国船级社钢质海船入级规范第三分册第二节中的规定，进行冰区规范强度校核计算；步骤(14)：将升力线的厚度和拱度设计结果用于升力面设计，并对螺旋桨桨叶进行径向和弦向划分；步骤(15)：输入冰区船舶螺旋桨的参数限制：输入冰区船舶螺旋桨在盘面比、纵斜、侧斜和螺距比的限制区间；步骤(16)：重新插值计算升力面中各径向剖面的弦长、最大厚度、侧斜、后倾和螺距比；步骤(17)：确定涡网格模型和网格点的坐标，并且在涡网格上建立局部坐标系；步骤(18)：进行环量离散化：环量的展向分布根据升力线设计得到，弦向分布采用NACAa＝0.8拱弧线环量弦向分布形式；步骤(19)：计算各个控制点的诱导速度，由物面边界条件确定新的螺距角和拱弧面；步骤(20)：判断新旧拱弧面和螺距角是否收敛，如果收敛则进行水动力计算，否则返回步骤(16)。