試論螺旋槳后移對船舶性能影響的分析

吳為 徐華國

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，我國造船技術(shù)也得到了推進，在船舶建造與維修中螺旋槳后移對船舶的各項性能產(chǎn)生了影響，為此文章對螺旋槳后移對船舶性能影響實行了實船驗證，進一步提出了螺旋槳后移對船舶性能影響的理論分析，以本文觀點以促進我國船舶事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：螺旋槳后移；船舶性能；影響；分析

引言：

螺旋槳的設(shè)計在整個船舶性能當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用，在進行相關(guān)設(shè)計時，一般情況下，會先從船舶形體特點進行充分考慮，進一步從主機功率等其他要素展開有效的分析與估算，但是，進行螺旋槳位置的設(shè)計時，需要全方位的進行考慮，尤其是船體尾部各方面的配合度更應(yīng)該進行周密的思考，尤其是對船體尾部與螺旋槳之間的間隙必須要保持適當(dāng)?shù)木嚯x。為保證二者之間的間隙足夠，螺旋槳的位置往往會盡量后移，這對船舶性能方面會產(chǎn)生一定的影響。

一、螺旋槳后移對船舶性能影響的實船驗證

為了能夠加強螺旋槳后移對船舶性能影響的論證，這里以一艘進廠修理的貨船為例進行驗證。該船為150噸沿海貨船，單機單槳，每小時可航行11海里。該船主要解決故障為尾軸的更換以及體尾部的振動噪音問題。該船在出廠時便先天性存在不足的問題，在航行的過程中，尾部的振動幅度較大，間隔一段時間便會出現(xiàn)噪音明顯增大的問題。在這艘船進廠之前，與該船屬于同一批的另外一艘船，曾經(jīng)為改變同樣的問題，嘗試將船舶原裝配中的三葉槳改裝為四葉槳，進行下水航行試驗，發(fā)現(xiàn)船體振動卻是得到了明顯改善，但是每小時的航速卻減慢了大約2海里。后來針對第一個方案進行更改，建立在原三葉螺旋槳的基礎(chǔ)上，通過螺旋槳后移的方式進行改進。在這種方案的論證下，船舶尾軸線夾角不發(fā)生改變，將尾軸進行加長，為100毫米，將螺旋槳的位置順著船體尾軸線進行后移，與船舶的各個舵系都要保持最為適宜的距離，促使螺旋槳與船體之間的距離得到了加長。將所有有關(guān)部位改造完畢之后，進行下水試驗，取得了良好的效果，在船體振動方面明顯得到了改善，有效消除了非正常噪音，并且航速也得到了一定的增加，改裝后的船舶航速可達12.5海里/小時。在此基礎(chǔ)上，將這種螺旋槳后移的方法同樣應(yīng)用到相同類型的船舶改造中，進一步驗證了螺旋槳后移對船舶性能的影響。這種方式在新造船舶上也同樣適用，以一艘漁政船為例，該船是我國2012年建造的，為100噸，船身總長度為33米，船體結(jié)構(gòu)為單層連續(xù)甲板，主船體的總體架構(gòu)為鋼質(zhì)焊接，船體上層為鋁合金焊接結(jié)構(gòu)建筑模式，雙機雙槳，主要用于近海航區(qū)，螺旋槳采用的日本的四葉槳，為MAU型，通過試航取得的效果非常好，航速可達16.8海里/小時，船舶在各項性能方面也十分優(yōu)越，船體振動不明顯，不存在異常噪音。次年建立在相同圖紙的基礎(chǔ)上，再建造一艘相同性能的船舶，并對其設(shè)計進行了一定的優(yōu)化，通過原螺旋槳后移的方式，將螺旋槳的位置再向船尾后移170毫米的距離，并在試驗的過程中選擇相同的水道，還應(yīng)注意選擇試驗的天氣與水道情況與之前船只的情況一致或相近，通過試驗結(jié)果得知，通過優(yōu)化設(shè)計的船舶，在各個方面都得到了改善，在航速比之前有所增加，船體噪聲有所減小。

二、螺旋槳后移對船舶性能影響的理論分析

2.1能夠有效增加船航行的推力

通過上文中實船驗證得知螺旋槳后移能夠使船航速加快，其中主要是由螺旋槳產(chǎn)生的推理大小造成的，螺旋槳一般在船體尾部工作，它通過抽吸的作用，能夠有效的改變槳盤前方的水流速度，伯努利定理論證表明，水流速度的大小影響壓力的變化，在速度增大時壓力必定下降，因此在螺旋槳吸水的作用下，包括戲吸水點以及整個作用區(qū)域內(nèi)壓力都會隨著速度的增加而降低，這個過程中會使船體壓阻力隨之增加，由螺旋槳工作時產(chǎn)生的船體附加阻力為阻力增額，用△R表示。螺旋槳產(chǎn)生的推力用T表示，其中R表示克服船身的阻力，則通過公式T=R+△R可計算出推力的大小，螺旋槳有效推力通過T-△R來計算。由此可得論證，當(dāng)螺旋槳槳葉與船體之間的位置增大時，增額阻力△R值會隨之減小，而螺旋槳有效推力T-△R值得到增加，螺旋槳有效推力得到增加的情況下，船舶航速必然增大。

2.2有效改善船體的激振力

通過上文實船驗證得知，螺旋槳后移能夠改善船體震動的問題，由于螺旋槳主要在船尾部位工作，不均勻的船尾部位存在著伴流場，在這種環(huán)境中運轉(zhuǎn)，船身的激振力是必定會存在的。因此，在進行螺旋槳安裝的過程中，經(jīng)過結(jié)合船體尾部的型線，與之形成良好的配合，并保證螺旋槳與船尾之間的間隙保持足夠，促使激振力的問題得到有效的改善。然而，螺旋槳與船體之間的間隙不是可以無限后移的，是要遵守相關(guān)規(guī)定的，相關(guān)船級社對這個間隙做出了規(guī)范要求，在進行船只改造與建造的過程中間隙不能小于規(guī)定內(nèi)容。船級社部門針對螺旋槳對船舶產(chǎn)生的脈動壓力進行了測量，并得出了有效數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)得出，很多因素都與船體脈動壓力有著緊密的關(guān)聯(lián)。脈動壓力與葉梢至船體的間隙成反比關(guān)系，二者之間的間隙越大，脈動壓力越小，激振力越小。產(chǎn)生的激振力得到減小能夠有效的改善船舶振動的問題，促使異常噪音降低。

綜上所述，螺旋槳后移對船舶性能能夠產(chǎn)生直接的影響。本文通過實船驗證與理論分析的方式對其展開了探討，這種螺旋槳后移的方式能夠有效的改善船舶航速、振動及噪音等方面的問題，雖然，這種方式的使用會受到一定的局限性，但是，在船舶的維修與建造上都可以通過這種方式作為船舶設(shè)計優(yōu)化的設(shè)計依據(jù)。

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