螺旋槳后移對船舶性能的影響研究

李祥娟 張俊 劉鍇

摘 ? ?要：螺旋槳是一種反作用式推進器。當螺旋槳轉動時，槳推向水后（或向前），并受到水的反作用力而產生向前（或向后）的推力，使船舶前進（或后退）。螺旋槳對船舶的性能有著重要的影響，本文通過對實船進行對比驗證的方式，在相同的航行環境下，對除了螺旋槳位置以外其他船體建構均相同的兩艘船在航行時的速度、振動和噪音進行對比，來分析螺旋槳后移對推進船舶性能的影響。研究結果表明，適當的將螺旋槳進行后移，有利于提高船舶的性能。

關鍵詞：螺旋槳后移;船舶性能;推動作用;應用

中圖分類號：U664.33 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0191-02

節能作為我國國民經濟發展中的長期戰略目標，是社會各界廣泛關注的話題，船舶是眾多交通運輸方式中載運量最大的一種，當前，造船工作者的一個重要的研究項目就是船舶節能，傳統的船舶的節能方式主要是對船舶的主尺度和型線進行優化，但是隨著科學技術的發展，在提倡節能減排的新時代，如何用更為簡單高效的方式改善船舶的推進性能，更加重要。各國的造船工作者都致力于改善船舶的性能，來實現節能，他們通過研究，總結出來了一系列節能的辦法，有些措施已經得到廣泛應用。其中，有些學者提出的適當的調節螺旋槳的位置，使其后移，這種方法更加簡便實用。

1 ?實船驗證

在實驗時，發現一艘在工廠修理的重150t的沿海貨船，這艘船所用的螺旋槳是單個螺旋槳，船的航速為11kn。但是，該船在航行期間船體的尾軸發生了彎曲，船東將船舶交給工廠更換尾軸。在更換尾軸時，船東提出了該艘船存在船舶航行時振動過大，并不時伴隨有逐漸增大的噪音等問題，并向工廠詢問能否找到合適的解決辦法。但是，這艘船在制造完成出廠時就存有瑕疵，船體本身有不完善之處，船舶的尾部在航行時振動明顯，而且噪音在每隔一段時間就會伴隨震動逐漸增加。為了找到有效又簡便的解決方法，我們用另一艘船和這艘船進行比照試驗。以此船為參照，另一艘船是同一批船只，因此，它的設計和構造等和前一艘船相同，我們把它用4葉槳替換掉了原來的3葉槳。這艘船航行后，與前一艘相比，振動明顯減少，也沒有明顯的噪音，而且航速增加到了12.5kn。

在對兩艘船進行對比后，我們試著不更換螺旋槳，而是將螺旋槳后移。如果不改變尾軸線夾角，只將尾軸加長100mm，將螺旋槳沿著尾軸線向后移，但是要保持和舵系的一定距離，這時，就增大了螺旋槳槳葉和船底板之間的距離。將改造后的船下水進行試驗，船尾在航行時的震動明顯減小，噪音也隨之消失，航速增加到了12.5kn。

然后，我們將改變螺旋槳位置的方法在相同類型的新出廠的船舶進行應用。

通過最新的船舶制造工作來證明螺旋槳后移對船舶性能的影響[1]。

建造一艘總長為33m，重量為100t的漁政船，該船為單層連續甲板，主船體采用鋼焊接結構建造，船體上層建筑采用鋁合金焊接構成。船尾斜尾，方尾，圓舭線型，采用雙主機、雙槳，在近海航區，螺旋槳是日本MAU型4葉槳，試航速度為16.8kn，船舶性能優越，既無振動，也無噪音。同年，按照同一圖紙重新建造一艘新船，其他設計不變，只對螺旋槳的位置精心優化設計，將螺旋槳向后移動170mm。

對該艘新船下水進行試驗，得出各項性能的數據，并與母型船進行對比。母型船和新船的試驗地點相同，天氣和海況也相近，經過優化設計的新船和母型船在排水量、重心高度、航速、振動和噪聲等方面的數據有所不同，新船和母型船在排水量、重心高度和振動情況上相差無幾，但是，新船比母型船的航速更快，噪聲更小。對數據進行對比，不難得出螺旋槳后移對提升船舶的航速、改善噪音等方面具有一定的作用。

2 ?理論分析

通過以上對船舶的試驗，對螺旋槳后移對船舶的性能的作用進行理論分析。

（1）螺旋槳后移使得船舶的有效推力有所增大。螺旋槳具有抽吸作用，因此，螺旋槳在工作時，會使船舶螺旋槳前方的水流加快，由伯努利原理可知，如果水流速度加快，水面壓力會隨之增大，為了使船舶順利航行，要降低螺旋槳吸水作用處的壓力，這就使得船體壓阻力正大，此時，產生的阻力增額為△R。設螺旋槳的推力為T，T包括螺旋槳用于克服阻力的部分R和克服的阻力增額，在這種情況下，T=R+△R。如果螺旋槳后移，增大槳葉和船體間的相對位置，這時，阻力增額△R就會減小，那么T-△R就會增加，螺旋槳用于克服阻力的部分R就會增大，即螺旋槳的有效推力增大，在相同的阻力下，螺旋槳克服阻力的能力得到增強，船舶的航行速度就會變快。螺旋槳的縱向位置會對船舶效率的推進產生十分明顯的影響，適當的對螺旋槳的位置進行改變，后移螺旋槳，就會在一定程度上提高船舶的航行效率[2]。

（2）振動減少

船舶的船體和螺旋槳之間相互影響，船對槳產生的影響為伴流，槳對船的影響為推力減額。當船體和螺旋槳的距離增大時，會使伴流和推力數額變小，這個間隙存在一個最佳數值，當船體和螺旋槳的距離達到這個數值時，水流的阻力和螺旋槳的推力就會產生最為合適的狀態，船舶的性能就達到最佳狀態。在螺旋槳在水中運動時，處于船尾的水流中，水流的阻力和螺旋槳的推力相互作用，就會產生船尾振動，這種振動成為激振力，是在船舶航行時產生的表面力的最主要因素。螺旋槳的安裝，要考慮船尾部分的建設，和船體保持一定距離，就能避免過大的激振力的產生。但是，槳葉和船體的距離不能無限增大，或者無限的減小，間隙的變化要在船級社所規定的規范范圍內。按照挪威船級社的數據，伴流場、螺旋槳的設計和船尾的吃水情況都和船體的表面壓力有關。表面力和螺旋槳的葉梢到船體的距離成反比，間隙越大，表面力越小，產生的激振力越小，這時，船尾的振動就會隨之減少，船舶運行更加平穩快速[3]。

（3）噪音減小

在船舶航行的過程中，船舶的激振力越大，船舶的振動越劇烈，舵機的噪音就會更大。以上文實船試驗的數據為例，當螺旋槳向后移動170mm時，舵機較改造之前的母型船的噪聲減少了2dB，由此，我們可以得出，當螺旋槳后移，螺旋槳的葉梢和船體的距離加大，表面力降低，產生更小的激振力，船體的振動就會更加不明顯，產生的噪聲就會減小。

3 ?理論應用

螺旋槳向后移動一方面會使船舶尾軸加長，進而影響到軸的強度，因此，不能為求船舶性能的提高而無限度的將螺旋槳向后移動，而使船舶的尾軸承受能力之外的強度，這樣會留下安全隱患，應該對螺旋槳適當后移，進行局部調整。另一方面，對螺旋槳向后移動，調整的是螺旋槳和舵系之間的距離，要求在保證舵機在艙內運作的同時，還要使距離不能過近，給部件維修留下足夠的距離進行拆卸。因此，螺旋槳后移是一種有限的移動和局部的調整。

4 ?結束語

船舶的性能受多方面因素的影響，在研究過程中，提出了在船尾安裝前置導管、葉柵導管、水動力葉片等節能裝置的方法來提升船舶的性能，但是，增加附帶裝置的方法不夠簡便實用，經過試驗，我們不難發現，螺旋槳的縱向位置是影響船舶在航行中的性能的重要因素。本文從實船試驗展開，對螺旋槳后移對船舶的性能的影響進行了理論研究，并對螺旋槳后移的應用做出了簡要的分析，進而得出結論。通過對螺旋槳的位置進行移動，可以對船舶的性能產生影響，將螺旋槳適當后移，就能對船舶進行優化設計，以達到提高船舶的航行速度和節能減排的目標。

參考文獻

[1]鄭艷玲.螺旋槳后移對船舶性能影響的分析[J].廣東造船，201635（3）：62～63.

[2]惠 磊.船舶加速性問題及解決方案研究[J].珠江水運，2016（16）：92～94.

[3]鄒 勁，許 杰，孫寒冰，等.考慮流固耦合作用槳轂形狀對螺旋槳性能影響研究[J].船舶，2017，28（1）：21～28.

收稿日期：2018-12-5