拖網漁船拖力的計算

馮振玉 趙英策

經常會有人問“漁船拖網時的拖力怎么計算”？簡單的回答是螺旋槳推力減去船體的阻力即為拖網的拖力。因現在船舶設計都采用計算機輔助設計，只要填寫好相關的參數，其所需結果會自動生成，拖力也不應例外。但值得注意的是，實船拖力的大小與螺旋槳設計的優劣密切相關，螺旋槳設計的好壞又與設計參數的選取有直接的關系，現把手工計算的程序簡介一下，也許會對使用CAD設計有一定的幫助。

一、設計參數的確定

1、船體參數

螺旋槳設計應達到船機槳相互匹配，所需提供的船體參數有：設計水線長LWL（m）；垂線間長Lpp（m）；型寬B（m）；設計吃水d（m）；方形系數CB；棱形系數Cp；滿載排水量△（t）。

有了船體的上述參數，可以求出船體在不同航速V（kn）下有效功率PH=?（V）曲線。該曲線是螺旋槳設計所必需，也是求取不同航速下拖力所必需。設計時可將有效功率PH提高15%～25%作為航速儲備來計算螺旋槳，以消減計算過程及螺旋槳制造過程當中的誤差。

2、主機及齒輪箱參數

螺旋槳設計所需提供主機及齒輪箱的參數有：主機型號；主機數量z；單機額定功率PB（ps）；額定轉速NH（r/min）；旋向；外帶輔機功率PF（ps）；齒輪箱型號；減速比i。

二、螺旋槳設計條件

螺旋槳設計的條件需要綜合考慮事先選定，主要有：

1、選擇設計工況：螺旋槳可以按最佳航速、最佳拖力、最佳航速與最佳拖力折中、限制直徑等工況進行設計。

2、選擇槳種：設計螺旋槳可以是普通槳，也可以是導管槳或可調螺距螺旋槳。

對普通槳而言，MAU槳效率與其他常用槳效率相當，因其給出的是海水、米、節、公制馬力（ps）的圖譜，不需要另行換算，使用比較方便，故現在普遍采用。

導管槳可以增加推力，且對減小船舶的縱搖有利，比較適合拖網漁船。但也有船東認為現在海中漂浮物較多，一旦卡槳會造成很大麻煩，故不喜歡導管槳。

可調螺距螺旋槳也有很多優點，但造價及后續的維修費用是漁民不敢問津的主要因素。

3、作業考慮：根據統計，拖網漁船航次作業的自由航行時間占30%，拖網時間占70%。由于拖力大拖速快在單位時間內可增多掃海面積，進而提高捕撈效益，按最佳拖力設計導管槳是比較理想的方案。但有些船東并不認可這樣的設計，故本計算介紹按最佳航速進行普通槳的設計。

4、槳型：MAU。

5、葉數：4，根據具體情況，可以選擇3、4、5葉螺旋槳，本例題選擇4葉槳。

6、槳數：z，槳數與主機數相匹配，現漁船上多是單機單槳，還沒有雙機并車的漁船。

7、結構：整體式，整體式較組合式效率高，可調槳僅在大型拖網加工船上有個別采用。

8、材料：Cu2，該材料軟硬適中。

三、其他計算參數

1、伴流分數：w＝0.77Cp-0.28，此單槳拖網漁船公式。W過大或過小都不能發揮主機功率，但偏大取為宜，可以使主機負荷輕，容易達到額定轉速NH；取值偏小效果相反。

2、推力減額分數：t＝0.77Cp-0.30，此單槳拖網漁船公式，其分布情況為，在系樁時其值為0.03或0.04，設計航速時其值為t，其中間的航速時直線插值，超過設計航速t值不變。

3、船身效率：ηH＝（1-t）/（1-w）。

4、相對旋轉效率：ηR，一般取值為1.0。

5、軸系傳遞效率：ηs=∑ηsi；

其中ηsi為軸系各部位的傳遞效率：單級齒輪箱取為0.975，雙級齒輪箱取為0.950，中間軸承取為0.998，推力軸承取為0.990，艉軸管取為0.990。中機型直接傳動者，可取ηs=0.97，艉機型直接傳動者，可取ηs=0.98。

6、功率儲備系數：c，一般取(10%～15%）。

7、螺旋槳收到功率：PD＝〔（1-c）PB-PF〕ηS（ps）。

8、螺旋槳轉數：N＝i NH（r/min），i為齒輪箱的減速比。

四、船舶有效功率曲線計算

船體主要參數確定之后，其有效功率曲線PH=?（V）可由計算機自動生成，亦可以手工計算或參考母型船進行換算，其計算結果見表1。

表1 船舶有效功率曲線表PE=?（V）

五、有效推力及可達航速計算

按最佳效率槳計算推力及航速，已知條件有：螺旋槳數z；轉速N（r/min）； 收到功率PD（ps）；功率系數N PD0.5；船身效率ηH；相對旋轉效率ηR，其計算程序見表2。

表2 有效推力及可達航速計算

六、螺旋槳空泡校核

螺旋槳空泡校核可以按設計手冊或教科書進行（校核過程略）。但其有簡化校核的技巧：

1、可以只先算MAU4-40，如空泡校核已經滿足，就不必另行插值計算最佳葉面比的螺旋槳。因為設計和建造都會有一定的誤差，其精度沒有達到100%的。

2、如MAU4-40不滿足空泡要求，再按其差值的大小補算一個MAU4-55或MAU4-70槳，然后進行插值求滿足空泡的葉面比。

3、用滿足空泡的葉面比插值出來的D、P/D、ηO即為設計螺旋槳的參數。

4、導管槳的空泡校核：AE/AO≈PD/（0.7ND3），也可按普通槳所需投射面積AP增加10%～15%處理。

七、螺旋槳強度校核

按規范要求進行（校核過程略）。

八、低于設計航速推力的計算

已知條件有：伴流分數w，推力減額分數t，螺旋槳收到功率PD（ps），轉速N（r/min）

螺旋槳直徑D（m），螺距比P/D，設計航速V（kn），有效功率曲線或表。（按表3）

九、螺旋槳設計總結

收到功率PD（ps）；設計轉速N（r/min）；設計航速V（kn）；槳型MAU4；葉面比AE/AO；直徑D（m）；螺距比P/D；轂徑比d/D；轂長l（m）；縱斜角θ（°）；敞水效率ηo；系樁拉力FP0（kg）；X節拖網拖力FT（kg）；估算質量GP（kg）；轉動慣性矩：IP（kg.cm.s2）；旋向；材料Cu2；螺旋槳個數（只）。

十、結論

按照上述程序計算出的螺旋槳是不會有問題的，其拖網拖力也真實可信，如果需要還可以計算出F=?（V）的拖力曲線，供不同拖速插值使用。

表3 低于設計航速推力的計算

拖網漁船螺旋槳的設計與拖輪螺旋槳的設計有諸多相似之處。例如，港作拖輪沒有航程的緊迫要求，應以追求拖力為主故要按最大拖力工況設計；救助拖輪航程較遠且時間緊迫應以追求航速為主故要按最佳航速設計。拖輪可以依據被拖船只參數計算出拖帶速度及拖力，而拖網漁船因網具的深度、底質及漁獲物的多少不同其阻力是不可預估的，因此只能在設定拖速的情況下求出拖力。