試論螺旋槳后移對船舶性能影響的分析

吳為 徐華國

摘 要：隨著社會經濟的不斷進步，我國造船技術也得到了推進，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的可持續發展。

關鍵詞：螺旋槳后移；船舶性能；影響；分析

引言：

螺旋槳的設計在整個船舶性能當中發揮著重要的作用，在進行相關設計時，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的距離。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，發現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。在此基礎上，將這種螺旋槳后移的方法同樣應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，船體結構為單層連續甲板，主船體的總體架構為鋼質焊接，船體上層為鋁合金焊接結構建筑模式，雙機雙槳，主要用于近海航區，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上，再建造一艘相同性能的船舶，并對其設計進行了一定的優化，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，通過試驗結果得知，通過優化設計的船舶，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域內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，由螺旋槳工作時產生的船體附加阻力為阻力增額，用△R表示。螺旋槳產生的推力用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，在這種環境中運轉，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，經過結合船體尾部的型線，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，是要遵守相關規定的，相關船級社對這個間隙做出了規范要求，在進行船只改造與建造的過程中間隙不能小于規定內容。船級社部門針對螺旋槳對船舶產生的脈動壓力進行了測量，并得出了有效數據，通過數據得出，很多因素都與船體脈動壓力有著緊密的關聯。脈動壓力與葉梢至船體的間隙成反比關系，二者之間的間隙越大，脈動壓力越小，激振力越小。產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計優化的設計依據。

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