某13 m拖網漁船動力匹配設計

姜 彭，張 宇，王攀峰

(濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261000)

孟加拉國擁有720 km海岸線，6 000 km內河航運線，雖有200余家造船公司,但船舶工業基礎較差，動力匹配基本靠經驗[1]。不合理的匹配不但影響主機性能發揮，降低推進效率，而且還增加了燃油消耗和捕撈成本[2-3]。

本文對某新造13 m拖網漁船進行建模、靜水力計算和動力匹配分析，設計出了科學合理的匹配方案，為濰柴產品更好的開拓孟加拉市場提供了技術支持。

1 某13 m拖網漁船參數

孟加拉客戶欲新造一條巡航速度能達到10 kn的玻璃鋼材質單機單槳拖網漁船，該船總長13.70 m，型寬4.06 m，型深3.00 m，設計吃水1.40 m。參照市場調研資料和當地使用習慣，WD10C278-15(功率為205 kW,轉速為1 500 r/min)被選為該船主機。由于船尾部形狀尺寸限制，能安裝的最大螺旋槳直徑為0.7 m。

2 CATIA模型建立

2.1 型線圖的處理

將型線圖中的橫剖線圖、縱剖線圖和半寬水線圖分別另存為CAD低版本(2004版)形式，該船型線圖如圖1所示。

圖1 該船型線圖

2.2 CATIA建模

在CATIA中應用創成式外形設計板塊來完成船體模型的建立。建模次序為先建中縱剖線，再建站線，最后建水線。其中中縱剖線在縱剖線圖中，建在xz平面上；站線在橫剖線圖中，建在yz平面上；水線在半寬水線圖中，建在xy平面上。將導入的CAD圖固聯，添加接觸約束使CAD圖坐標原點與CATIA坐標原點重合。在CATIA草圖中將需要的船體剖線通過“與3D元素相交”命令投影到草圖平面上，然后用直線或樣條曲線描出該剖線輪廓。特別重要的是線與線若相交，建線時一定要共用交點。船體三維輪廓剖線建立完成后，通過“填充”命令將線封閉成曲面，某13 m拖網漁船船體模型如圖2所示。

圖2 某13 m拖網漁船船體模型

3 NAPA靜水力計算

將船體模型文件導入NAPA軟件，設定吃水為1.40 m，橫傾縱傾均為0。某13 m拖網漁船靜水力數據如表1所示。

表1 某13 m拖網漁船靜水力數據

續表1 某13 m拖網漁船靜水力數據

4 NavCad動力匹配

4.1 NavCad軟件簡介

NavCad是某公司的一款旗艦產品，具有強大的阻力估算和動力匹配設計能力。其主要功能有船體阻力估算、附體阻力估算、標準螺旋槳的選型、槳船相互作用、各工況下的油耗分析、空泡校核以及淺水效應等補充分析。

4.2 阻力估算

本文按照艏艉吃水均為1.40 m，附體阻力等效為4%船體阻力進行阻力估算。設定的計算方法為Holtrop(經驗公式)，海況裕度為4%，輸入NAPA軟件計算的靜水力數據后，得到不同航速下船體有效功率如表2所示。

表2 不同航速下船體有效功率

4.3 槳和齒輪箱的匹配

由于槳直徑越大效率越高，故槳直徑設定為0.7 m。選擇計算方法為Holtrop，空泡校核準則(cav line)為10%，分析類型為自由航行(free run)，輸入槳轂浸沒深度為1.035 m，以10 kn航速為目標航速進行優化計算，匹配結果為螺距0.597 m、盤面比0.86的4葉B型槳能滿足空泡校核要求。此外，匹配計算出的齒輪箱速比為1.55，經查杭州前進齒輪箱產品手冊，最終選擇了速比為1.50的HC300齒輪箱。

4.4 航速預測

當該拖網漁船在靜水中航行時，不同航速時所需主機功率如表3所示。

表3 不同航速時所需主機功率數據

通過樣條曲線擬合，當主機留有4%裕度，航速達到10.03 kn時，主機輸出100%額定功率，可以滿足客戶最大10 kn巡航的速度要求。

5 結束語

通過對某13 m拖網漁船進行建模、靜水力計算、動力系統匹配，最終設計出一套WD10C278-15柴油機，前進HC300齒輪箱和直徑0.7 m、螺距0.597 m、盤面比0.86的4葉B型槳的方案。該方案在考慮4%附體阻力和4%海況裕度情況下，最大航速10.03 kn，可以滿足客戶的航速需求。待該船完工下水后，可進一步測試其實際營運及油耗情況，以此來完善濰柴產品的配套設計能力。客戶對該方案比較滿意。