[发明专利]一种冰区船舶螺旋桨设计方法

权利要求书

1.一种冰区船舶螺旋桨设计方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤(1)：输入螺旋桨的主要设计参数，包括螺旋桨直径D，毂径比r_h,船速V_s，叶数Z，螺旋桨推力T和径向划分数N，然后进行模式函数转换，将无因次半径转换成用角度表示的形式；

步骤(2)：选择环量分布形式及伴流分布，计算环量分布形式的函数；

步骤(3)：计算推力系数C_T和进速系数λ_s，估计理想推力系数C_Ti：由船速和螺旋桨转速计算进角，将水动力螺距角β_ij的第一次近似值取为进角的值，再计算推力系数C_T和进速系数λ_s；

步骤(4)：将K值的初始值赋为0，按照Lerbs方法计算诱导因子i_a,i_t：

上式中，K为无因次环量分布与任意指定环量分布函数的比值，是与半径无关的待定系数；为无因次分布环量，F_m为环量分布函数的傅里叶系数，m为正整数，为角度；

步骤(5)：用诱导因子i_a,i_t计算中间值

步骤(6)：由求解K的方程，解出K的新值，并计算诱导速度U_a,U_t：

步骤(7)：将K的新值代入确定环量，再确定新的β_ij：

上式中，ω(r)为伴流分数；

步骤(8)：判断前后两次计算的K值是否收敛，如果收敛进入步骤(9)，否则返回到步骤(5)；

步骤(9)：计算升弦积Y(r)、叶剖面空泡数σ(r)和最小剖面模数；

步骤(10)：选择桨叶剖面翼型，确定螺旋桨几何参数形状弦长比c(r)/D、厚度比t(r)/D、拱度比f/c、螺距比H/D和螺距角σ；

步骤(11)：进行升力面修正和粘性影响修正；

步骤(12)：重新计算推力系数C_T，计算功率系数C_P和效率η；

步骤(13)：按照采用中国船级社钢质海船入级规范第三分册第二节中的规定，进行冰区规范强度校核计算；

步骤(14)：将升力线的厚度和拱度设计结果用于升力面设计，并对螺旋桨桨叶进行径向和弦向划分；

步骤(15)：输入冰区船舶螺旋桨的参数限制：输入冰区船舶螺旋桨在盘面比、纵斜、侧斜和螺距比的限制区间；

步骤(16)：重新插值计算升力面中各径向剖面的弦长、最大厚度、侧斜、后倾和螺距比；

步骤(17)：确定涡网格模型和网格点的坐标，并且在涡网格上建立局部坐标系；

步骤(18)：进行环量离散化：环量的展向分布根据升力线设计得到，弦向分布采用NACAa＝0.8拱弧线环量弦向分布形式；

步骤(19)：计算各个控制点的诱导速度，由物面边界条件确定新的螺距角和拱弧面；

步骤(20)：判断新旧拱弧面和螺距角是否收敛，如果收敛则进行水动力计算，否则返回步骤(16)。

2.根据权利要求1所述的一种冰区船舶螺旋桨设计方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的推力系数C_T：

进速系数λ_s：

3.根据权利要求1所述的一种冰区船舶螺旋桨设计方法，其特征在于：所述的步骤(9)中的升弦积Y(r)：

Y(r)＝2πG(r)·V_s/V_R；

叶剖面空泡数σ(r)：

上式中，R为桨半径，单位m；P₁为桨轴中心处静压力，单位kgf/m²；P_v为饱和蒸汽压力，单位kgf/m²；γ为海水比重，单位kgf/m³；V_R为合速度，单位m/s。

4.根据权利要求1所述的一种冰区船舶螺旋桨设计方法，其特征在于：所述的步骤(11)具体为：

用回归多项式进行升力面修正：

上式中，下标c表示升力面影响对拱度影响的修正，下标α表示升力面影响对理想攻角影响的修正，下标t表示升力面影响对厚度影响的修正，n＝31，λ_i＝r·tanβ_i为诱导进度比，为盘面比；

用阻升比进行粘性修正：