本科船舶原理思考题（答案）

例1：已知螺旋桨型式为B4－55，直径D＝2.6米，转速N＝200r/min，进速

VA?12.65kn，要求发出98100N推力，如轴系效率为0.97，试求该螺旋桨所需之螺距比

及主机功率。 解：

1）预备计算

n?

200?3.33(r/s) 60VA?0.5144?12.65?6.507(m/s)

2?nD

4?1000?3.33?2.6=506736.12(N)

242）计算J和

KT J?VAnD?6.507?0.752

3.33?2.6

KT?T?nT2D?498100?0.194

506736.123）按算出的J和

K值查B4－55性征曲线图得

P?1.07 D?2?nQ

2KQ?0.035

4）求螺旋桨收到功率

PPDQ?KQ?n

DD5?0.035?1000?3.33?2.6?46112.987(N?m)

25?2?3.14?46112.987?3.33?964.333(kW)

5）求主机功率

PS??PDS?946.333?994.158(kW)

0.97例2：已知某单桨船，航速V＝14.85kn，有效功率

PE?660.1848kW，螺旋桨直径D

＝2.6m，转速N＝200 r/min，推力减额分数t=0.118，伴流分数??0.15，相对旋转效率

?＝1.0，传送效率?＝0.95，求B4－55系列的螺旋桨所需主机功率。

RS解： 1）计算J和

KT

V＝14.85?0.5144＝7.64(m/s)

VA?V(1??)?7.64(1?0.15)?6.50(m/s)

R?PVE?660184.8?86411.623(N)

7.64 T?R86411.623??97972.362(N)

(1?t)ZP(1?0.118)?1

KT?T?n2D4?97972.3621000?(200)?2.6602?0.193

46.50J?VA??0.75

200nD()?2.6602）由J和

KT值查图谱得

P?1.07 D2KQ?0.035

?20 6?0.63）求主机功率

Q0?KQ?nD5?0.035?1000?(200)?2.6605?46.205(kN?m)

QB?Q?P0?R46.205?46.205(kN?m) 1.0B

PDB?2?nQ?2?3.14?PS?200?46.205?967.225(kW) 60?DBS?967.225?1018.132(kW)

0.95一、判断

1、当船模和实船的雷诺数相等时，它们的单位排水量的摩擦阻力相等。

2、因为形状因了1+K在低速试验求得，所以三因次换算法也只能适用于换算低速船舶的阻力。

3、由于无边界层分离时，就无旋涡，则粘压阻力就不存在。

4、一般说来，随着桨叶数目的增加，螺旋桨效率增加，抗空泡性能与抗激振性能也得到改善。

5、高速螺旋桨易发生空泡的原因在于来流

V

0

很大，致使叶背上的压力

Pb很小，从

而具有较高的减压系数，而易发生空泡。

6、系泊时，螺旋桨与主机的匹配若刚好，则其转速保持不变。 7、拖轮常用导管桨，是因为桨受到良好的保护。 8、实效螺距是指实际测量的螺距。

9、敞水性征曲线上效率最高点，即设计图谱上的效率最佳点。 10、军舰速度高，故其伴流分数大。

11、由于船体表面存在纵向和横向弯曲，其摩擦阻力和相当平板的摩擦阻力有差异，此称为尺度效应。

12、某舰试航时，螺旋桨转速达不到设计转速，主机功率不能充分吸收，说明该桨处于负载过轻状态。

二、简答

1、分析浮心纵向位置对阻力的影响。

2、试用理想推进器理论分析提高螺旋桨效率可采取的途径，并举三例。

三、计算

1、某海船模型长度其在

Lm＝9米，湿表面积

S

m

＝10平方米，在船池中进行试验，测得

Vm＝1.5米每秒时总阻力

Rtm＝4.6公斤。已知船模摩擦阻力

RPfm＝3.4公斤，试用

二因次换算方法，计算缩尺比为25的实船在相应速度时的有效功率

1957ITTC公式：

E。

cf?0.075(lgRe?2)?32

粗糙补贴：

?cf?0.4?10

海水：??104.5kgf?s2/m；??1.158m/s

242淡水：??101.87kgf?

s/m；??1.139m/s

42

T7－7：已知尺度比??25，船模长6m，湿面积7m2，在试验池中速度为1.8m/s，测得总阻力为4.3kgf(42N)，试求：

1、实船长；2、实船湿面积；3、实船航速，以节为单位；4、实船总阻力，摩擦阻力按1957ITTC公式、粗糙度补贴系数取4?105；5、此航速下实船所需的有效功率。

解：

1、实船船长Ls??Lm?25?6?150(m)。 2、实船湿面积ss??2sm?252?7?4375(m)。 3、实船航速vs???vm?25?1.8?9.0(m/s)?17.5kn。

24、实船总阻力Rt（用傅汝德法）： 1）计算雷诺数

取标准水温t?150c，假定实船航行水域为淡水。

vLRes?ss?9.0?1501.13902?101.8?61.13902?10?6??1.185?109

6svmLm??Rem??6?9.482?10

m2）计算摩擦阻力 A、实船

Cfs?

0.075(lgRes?2)2?0.075(lg1.185?109?2)2?1.499?10?3

21?V2sSss

1?3?32?(1.499?10?0.04?10)??999.04?4375?9.0?272430(N)2Rfs?(Cfs??Cf)B、船模

Cfm?0.075(lgRem?2)2?0.075(lg9.482?10?2)62?3.028?10?3

21?V2mSmm

?312?3.028?10??999.04?7?1.8?34.3(N)2Rfm?Cfm?3）计算剩余阻力

A、船模Rrm?Rtm?Rfm?7.7(N)

B、实船Rrs?Rrm?s?3?7.7?999.04?253?120313(N)

?m999.044）实船总

5总船体阻力

Rts?Rfs?Rrs?272430?120313?3.93?10(N)

5、实船有效功率Pes?Rts?Vs?3.93?105?9?3.54?106(W)

2、某内河单桨船，航速V＝7.5 m/s ，阻力R＝17992.8 N ，螺旋桨直径D＝1.0 m ，转速n＝10 m/s ，测得船后桨消耗的转矩QB＝2998.8N?m ，该桨敞水性征曲线为KT=0.5－0.5J ；KQ=0.06－0.05J 。若相对旋转效率?R?1.0，水密度?＝1000kg/m3 ，试求：

1、桨的伴流分数?和推力减额分数t ；

2、船的有效马力PE 和螺旋桨的推马力PT ； 3、螺旋桨的敞水收到马力PD0 。 解：1、求敞水桨消耗的转矩Q0

Q0＝?RQB＝1.0?2998.8＝2998.8N?m

2、求敞水桨的转矩系数KQ

KQ＝

Q?n2D5＝

2998.8＝0.030

251000?10?1.0 * Q即为Q0 3、求进速系数J

由KQ=0.06－0.05J ，得J＝（0.06－KQ）/0.05

＝（0.06－0.030）/0.05＝0.60

4、求进速VA

由J＝VA/nD ，得 VA＝JnD＝0.60?10?1.0＝6.0 m/s 5、求伴流分数?

?＝1－VA＝1－6.0/7.5=0.2

V

6、求推力系数KT

KT=0.5－0.5J＝0.5－0.5?0.60＝0.2 7、求推力T T＝KT?n2D4＝0.2?1000?102?1.04＝20000 N

8、求推力减额分数t t ＝

T－R20000－17992.8＝=0.10036 T20000 9、求有效马力PE

17992.8?7.59.8PE＝RV/75＝＝183.6

75hp

10、求推马力PT

20000?6.0TVAPT＝＝9.8＝163.3 hp

7575 11、求敞水效率?0

?0＝

KT?JKQ2?＝

0.2?0.60＝0.637

0.03?2?3.1412、螺旋桨的敞水收到马力PD0

PD0＝

PT＝1600＝256.4 hp ?00.637?0.04，轴系传送效率

3、若已知数据据同上题，且速度为零时的推力减额分数t0?S?0.97。试求系泊时螺旋桨的有效推力Te及主机发出的功率PS。

试用理想推进器理论分析得出提高螺桨效率的措施，并列举三例。

答：1、理想推进器效率公式：

A、

?iA?21??T?1 其中

?T?T1?AV2i0 式1

2AB、

?iA?3?1?44Ti 式2

2?A1VA2、由式1可得措施一：增大螺旋桨直径D D↑→A0↑→

?T↓→

?iA↑

例如：隧道尾和设计纵倾。

由式2可得措施二：限制尾流收缩 限制尾流收缩→A1↑→

例如：导管螺旋桨。

?iA↑

P195 T8－6：已知螺旋桨直径D?5m，船后桨收到功率PDB?2100kw，推进功率

PT?1400kw，转速N?120r/min，进速

VA?12kn。求桨的转矩系数、推力系数及敞

水效率。取相对旋转效率

解：1、求转矩系数

?R?0.99。

KQ 1）敞水螺旋桨收到马力

PD0

PD0?PDB???2100?0.99?2079（kw）=2826.65（hp）

R 2）敞水螺旋桨消耗的转矩

Q0

PD0?2?nQ75→

0 （hp）Q0?75PD02?n?75?2826.65?16878.88（kgf?m） 1202?3.14?60 3）转矩系数

KQ2Q

KQ??nD5?16878.8812010255?(?)59.80665602?0.0129

注：式中Q即为 2、求推力系数

Q0。

KT

1）求推力T

PT?TV75A（hp）

→T?75PT75?1400??VTA1000735.499?23127.30（kgf）

12?0.5144 2）推力系数

K

KT?T?n2D04?23127.30120?41025?()59.80665602?0.0885

3、求敞水效率

??

方法一、

?0PP1400?T?D01000735.499?0.673 2826.6512?0.5144120VA?5J0.0885KKnD60TT??????0.674 方法二、??02?2?0.01292?3.14KQKQ 注：两方法所得计算结果基本一致，说明本题计算过程基本正确。

课外思考题：

为什么敞水桨模的性征曲线组能用于主机带动的船后实桨的设计？ 答题要点：

1）敞水桨模与敞水实桨的关系（敞水桨模→敞水实桨）：敞水效率（若敞水实桨与敞水桨模几何相似、进速系数相等，两者的性征曲线一致）；

2）敞水实桨与船后实桨的联系（敞水实桨→船后实桨）：相对旋转效率；

3）船后实桨的设计应考虑船（船体）、机（主机）、桨（船后实桨）三者是一个整体，

它们之间的联系：

A、船体与船后实桨的联系：船身效率； B、主机与船后实桨的联系：传送效率。

通过上述关系，敞桨模的性征曲线组可用于主机带动的船后实桨的设计。

课外思考题：

在螺旋桨强度的规范校核法和螺距修正等计算中，常需计算螺旋桨叶切面厚度和切面弦长等。已知某系列标准桨AU5－50 的直径D＝5.6m，试用有关图表求出下列数据：

1）0.6R处的切面弦长 b0.6R ； 解：查课本表8－4，得

b0.6R＝0.9911 bmax＝0.9911×0.226D·aE /0.1Z

＝0.9911×0.226×5.6×0.5 / (0.1×5) ＝1.254 m

2）0.7R处的叶切面厚度t0.7R 。 解：查课本表8－4，得

t0.7R＝1.71%·D＝1.71% ×5.6 ＝0.09576 m

P150 T7－3：简述船舶阻力的分类。 答：

1、在船舶工程中，船舶的雷诺数Re=VL?，式中：1）“L”指船的水线长，单位为米（m）；2）“?”指水的运动粘性系数，单位为m2/s。

2、在船舶工程中，船舶的Fr=V“L”指船的水线长，gL称为傅汝德数，式中：1）

单位为米（m）；2）“V”指船的速度，单位为m/s。

3、在船舶工程中，船的速度常用节（kn）来表示，1kn=0.5144m/s。若某船的速度为20kn，相当于10.288 m/s。

4、船体阻力是船舶阻力的主要组成部分。根据船体周围水的流动现象，船体阻力一般分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力。对于低速船，船体阻力中摩擦阻力是主要的。

5、船舶按傅汝德数大小可为低速船、中速船和高速船。一般说来，低速船在船体阻力成分中，粘压阻力和兴波阻力占的比例很小。

6、在避免或延缓空泡发生的措施中，增加螺旋桨的盘面比可减小减压系数，而降低螺旋桨的转速可增大空泡数。

7、螺旋桨产生空泡现象的条件为???，其中：?称为减压系数，?称为空泡数。 8、目前世界上比较著名的螺旋桨系列有荷兰的B型、日本的AU型和英国的高恩型等，各系列均有一定的系列代号，如“B4－70”，其中： “4”指螺旋桨的桨叶数为4，“70”指螺旋桨的盘面比为0.70。

9、目前世界上比较著名的螺旋桨系列有荷兰的B型、日本的AU型和英国的高恩型等，各系列均有一定的系列代号，如“AU5－50”，其中： “5”指螺旋桨的桨叶数为5，“50”指螺旋桨的盘面比为0.50。

（×）1、对于某些阻力性能优良的船型，当不发生边界层分离现象（不发生旋涡现象）时，粘压阻力可能不存在。

（×）2、船舶在风浪中航行时，由于风浪作用使其阻力较静水中航行时大，此时船舶所受到的水阻力称为汹涛阻力。

（√）3、三因次法计算船体阻力时，把船体阻力分为粘性阻力和兴波阻力两部分：且认为兴波阻力由船模的兴波阻力用比较定率换算得出。

（×）4、螺旋桨旋转一周轴向前进的距离称为螺旋桨的螺距P。

（√）5、船身效率

?H表示伴流与推力减额的合并作用，反映了船桨的相互影响。

（√）6、对于一般的民用船舶，球鼻首的主要作用是为了减小船舶的兴波阻力。 （×）7、船舶在有风的航区中航行，由于风的作用兴起波浪，波浪会改变船舶首尾的压力分布，使首部压力大于尾部压力，则船舶受到一个阻碍运动的阻力作用，此阻力成分一般称为兴波阻力。

（√）8、傅汝德法计算船体阻力时，把船体阻力分为两个独立部分：剩余阻力和摩擦阻力。其中实船的剩余阻力由船模剩余阻力用比较定率换算得出，而实船的摩擦阻力则根据“相当平板”理论计算得出。

（×）9、螺旋桨之所以称为螺旋桨是因为桨的叶背为螺旋面的一部分。

（√）10、由于螺旋桨和船体间的相互作用，一般认为螺旋桨的进速不等于船速，螺旋桨发生的总推力不等于孤立船体受到的阻力。

（C）1、球鼻球的主要作用降低船的：

A、摩擦阻力 B、粘压阻力 C、兴波阻力 D、附加阻力

（C）2、螺旋桨工作时使水产生的运动速度增量称为：

A、伴流速度 B、进速

C、诱导速度 D、来流速度

（A）3、引起船舶受到摩擦阻力作用的根本原因是：

A、水的粘性 B、波浪的大小 C、水下船体形状 D、船速

（C）4、螺旋桨旋转一周轴向前进的距离称为：

A、螺距 B、滑脱 C、进程 D、拱度

1、形似船、母型船和“标准船型”的含义分别什么？

答：A、形似船：仅大小不同，而形状完全相似（即几何相似）的船舶之间的统称。如实船（s）和它的船模（m）即为形似船。

B、母型船：与设计船船型相近、尺度和航速差不多、性能优良的船舶。

C、具有如下四个标准参数的船型称为设计船的“标准船型”：标准方形系数、标

准宽度吃水比、标准浮心纵向位置和标准水线长。

2、什么是螺旋桨的水动力性能？

答：一定形状的螺旋桨在水中工作时所产生的推力、消耗的转矩和效率与其运动

间的关系。

3、螺旋桨的敞水性征曲线

答：对于一定几何形状的螺旋桨而言，推力系数、转矩系数和效率与进速系数的关

系曲线。

4、浅吃水船常采用隧道尾。试用理想推进器理论分析得出为什么隧道尾能提高螺旋桨的效率？

答：A、隧道尾能使船舶采用较大直径D的螺旋桨； （1分）

B、理想推进器的效率

?ia＝

21?1??T （2分）

?T＝

T1?AV2i0 （1分）

2aD↑→A0↑→

?T↓→

?ia↑。 （2分）

5、拖网渔船和拖船等常采用设计纵倾（船体龙骨线与船体基线不重合，使船体尾吃水大于首吃水的现象称为设计纵倾）。试用理想推进器理论分析得出为什么设计纵倾能提高螺旋桨的效率？

答：A、设计纵倾能使船舶采用较大直径D的螺旋桨； （1分）

B、理想推进器的效率

?ia＝

21?1??T （2分）

?＝Ti （1分）

T12?AV20aD↑→A0↑→

?T↓→

?ia↑。

（2分）

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