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!江苏船舶
’卷!第’期!!!!!!!!!!!!!!第$
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!"#$"%辅助船用螺旋桨设计
吴小平!杨松林!奚!炜
摘!要!介绍了功能强大的科学计算软件/)0利用其方便处理矩阵和图象的功能!辅助船舶螺旋桨设1)2!
计!从最佳效率曲线着手!最终得到的结果与传统的手工查图谱方法大致相同!而计算量却大为缩小!效率大为提高"
关键词!/)01)2!螺旋桨!设计
&!引言
在船用螺旋桨设计中!需要进行船舶阻力计算#船舶设计航速的确定#螺旋桨各要素计算#空泡校核!以及螺旋桨外形尺寸计算等!比较广泛地采用图谱法进行计算"图谱设计方法是根据模型敞水系列试验所得到的图谱或公式来确定实船阻力及螺旋桨主要参数和性能的传统设计方法"大家知道!应用图谱进行螺旋桨设计是简单的!但需要一定的工作量!这种方法需要通过繁杂的计算公式和图表插值!进行列表计算"一个有经验的螺旋桨设计工作者!若没有专用的螺旋桨设计软件$如3#4)5’6%系
统%!设计一只螺旋桨的计算时间大约需要78"倘若在设计螺旋桨时再进行各种图谱和多种方案的比较!则计算工作量就更大了"实际上现已直接利用回归分析资料进行计算机辅助设计!不直接使用图谱"利用回归公式涉及到大量的回归系数!用高级语言例如4或9:;利用数组的方式调用这些系数不是很容易的事!而利用/)01)2超强处理矩阵的能力来处理这些数据!可起到事半功倍的效果!可以使造船工程师从繁杂的公式和图谱中解脱出来"本文主要介绍应用/)01)2软件进行实船螺旋桨主要参数和性能的设计"
一个适用于科学计算和工程应用的数学软件系统"自’GH!年由美国/)0-IJKL#公司推向市场以来!历经’现在已成为国际公%多年的竞争和发展!认的最优秀的科技应用软件之一"/)01)2是一种以矩阵为基本编程单元的程序语言!是面向科学与工程计算的高级语言"它是一种命令式的交互语言!同时也支持程序运行"用户可以根据需要按照作为/)0/)01)2的规范编写程序!1)2的外部命令来使用"
如同/)01)2和其它高级语言之间的关系!
高级语言和汇编语言的关系"因为高级语言的执行效率要低于汇编语言!而/)01)2的编程效率与可读性和可移植性要远远高于其它高级语言!所以在计算机辅助设计与仿真中!适合从/)01)2专用高级语言开始!不但可以提高编程效率!而且可以提高编程的可靠性与质量"
(!螺旋桨的最佳要素计算
按图谱设计最佳螺旋桨是从(最佳效率曲线)着手"对于一定的盘面比!给定一个负荷系数!!就有一个最佳效率!*直径系##%及与其相应的螺距比"
而且这些对应关系是惟一的"据有关资料介数"!绍!!型及/),型螺旋桨的最佳要素计算及回归系数如表’"
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’!!"#$"%简介
!即矩阵实验室%是/)01)2$?=
作者介绍&吴小平现就读于华东船舶工业学院船舶与海洋工程学院!硕士研究生’杨松林#奚炜现工作于华东船舶工业学院船舶与海洋工程学院"
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,,螺旋桨收到功率!"#,PI,,螺旋桨直径!#,?,,伴流分数#,
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万方数据
!"船舶设计与研究"吴小平等!!/)01)2辅助船用螺旋桨设计!!!!!!!!!N
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/)01)2的主界面如图’所示"计算方法如下"首先#我们将表’中/),型$2型螺旋桨类似%螺旋桨数据输入一个N行G列的矩阵/),中"这里我们选用/),!型螺旋桨#所以需要调用矩阵中第E行的数据#可以用/),$来提取E#’%#同理/),/),!&!%中!%对应的回归系数-$%表示/),!&!E#G%中"对应的回归系数."根据列表的公式分别列出每一项的表达式"算出螺旋
桨的推进功率#与有效功率曲线的交点就是螺旋桨表!#然后按照的最大航速"计算过程分别见表E&
表N进行空泡校核#最后得到需要的盘面积和实际的盘面积#画出它们的曲线#交点为设计盘面比#如图$所示"
)!空泡校核
在螺旋桨设计中#需要对所设计的螺旋桨是否能避免空化的有害影响进行校核"可用经验公式或图谱确定为防止空泡剥蚀#或者允许一定的背空泡程度所需的盘面比#从而进一步确定桨的几何要素"按伯利尔空泡限界线中商船上限线#计算不发生空泡之最小展开面积比"具体计算见表N"
直径系数
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在确定了盘面比(4!直径#&螺距比"!(%&#后#即可确定桨叶轮廓尺寸及对桨的强度进行校核"螺旋桨的强度校核也可按照上述方法进行计算"这些计算均可用/)01)2编制一些小程序来完成"
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!!计算机找到需要盘面比和实际盘面比的交点
+!结论
螺旋桨设计采用回归分析资料#利用/)0T1)2软件超强处理矩阵和图像的能力进行计算绘图#完全改变了传统的螺旋桨设计必须查图谱&列表计算的做法"用/)01)2编制螺旋桨设计的应用程序#
后#然后利用从/)01)2线性插值方法进行插值#万方数据
7!!"船舶设计与研究"吴小平等!!/)01)2辅助船用螺旋桨设计
只要输入必要的数据就可得到螺旋桨各种类型的参数!虽然第一次编程的时候有一定的工作量"但是程序一旦编好之后"就可以反复使用"大大提高了设计效率!
表)!采用!"*+叶桨进行计算
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图$!计算过程一览
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型号
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参考文献
国防工业出版’!中国船舶工业总公司6船舶设计实用手册6北京’社"’GGH
盛振邦6船舶推进6北京’国防工业出版社$!王国强"
中国铁道出版社"E!张智星著6/)01)2程序设计与应用6北京’$%%$6!
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&!引言
在船用螺旋桨设计中!需要进行船舶阻力计算#船舶设计航速的确定#螺旋桨各要素计算#空泡校核!以及螺旋桨外形尺寸计算等!比较广泛地采用图谱法进行计算"图谱设计方法是根据模型敞水系列试验所得到的图谱或公式来确定实船阻力及螺旋桨主要参数和性能的传统设计方法"大家知道!应用图谱进行螺旋桨设计是简单的!但需要一定的工作量!这种方法需要通过繁杂的计算公式和图表插值!进行列表计算"一个有经验的螺旋桨设计工作者!若没有专用的螺旋桨设计软件$如3#4)5’6%系
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按图谱设计最佳螺旋桨是从(最佳效率曲线)着手"对于一定的盘面比!给定一个负荷系数!!就有一个最佳效率!*直径系##%及与其相应的螺距比"
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在螺旋桨设计中#需要对所设计的螺旋桨是否能避免空化的有害影响进行校核"可用经验公式或图谱确定为防止空泡剥蚀#或者允许一定的背空泡程度所需的盘面比#从而进一步确定桨的几何要素"按伯利尔空泡限界线中商船上限线#计算不发生空泡之最小展开面积比"具体计算见表N"
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参考文献
国防工业出版’!中国船舶工业总公司6船舶设计实用手册6北京’社"’GGH
盛振邦6船舶推进6北京’国防工业出版社$!王国强"
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