[发明专利]一种冰区船舶螺旋桨设计方法

说明书

本发明属于船舶领域，公开了一种冰区船舶螺旋桨设计方法，采用升力线方法和升力面方法结合的方式进行设计，将升力线的设计结果作为升力面方法的初始输入，设计过程中输入冰区船舶螺旋桨特殊的参数限制，依据船级社规范进行强度校核，再进行水动力计算。本发明实现冰区船舶螺旋桨设计，为冰区船舶的设计建造提供参考；易于编程实现，设计效率高，并且能够减小尾流收缩和船后伴流影响，减弱空化和噪声；设计过程中输入冰区船舶螺旋桨特殊的参数限制，进一步提高设计效率，满足冰区复杂环境的船舶螺旋桨运行的需要。

技术领域

本发明属于船舶领域，尤其涉及一种冰区船舶螺旋桨设计方法。

背景技术

北极航道是由两条航道构成：加拿大沿岸的“西北航道”和西伯利亚沿岸的“东北航道”。

东北航道也称为“北方海航道”，大部分航段位于俄罗斯北部沿海的北冰洋离岸海域。从北欧出发，向东穿过北冰洋巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海和楚科奇海五大海域直到白令海峡。在东北航道上，连接五大海域的海峡多达58个，其中最主要的有10个。

西北航道大部分航段位于加拿大北极群岛水域，以白令海峡为起点，向东沿美国阿拉斯加北部离岸海域，穿过加拿大北极群岛，直到戴维斯海峡。这条航线在波弗特海进入加拿大北极群岛时，分成2条主要支线，一条穿过阿蒙森湾、多芬联合海峡、维多利亚海峡到兰开斯特海峡；一条穿过麦克卢尔海峡、梅尔维尔子爵海峡、巴罗海峡到兰开斯特海峡。

随着温室效应的加剧，全球气温持续升高，北极冰盖面积持续缩小，可以预见，在未来，北极的一些航道的冰封期将大为缩短。北极航道具有重大的战略意义。另一方面，要开辟北极航道，就必须制造在北极航道有通行能力的船舶。由于冰区环境条件的复杂性，船舶螺旋桨的设计显得尤为重要。

现有的船舶螺旋桨设计方法有两种，即图谱设计法和环流理论设计方法。

图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱进行设计。用图谱方法设计螺旋桨方便快捷，容易掌握，而且随着船舶行业的发展，可用的图谱也越来越多，通过选取合适的图谱设计出螺旋桨的性能能够满足商业需求，是目前较为广泛的一种设计方法。尤其是在已知母型桨数据的情况下，将母型桨的各参数进行一定的修改，可以十分便捷地设计所需要的螺旋桨。然而，针对冰区航行船舶螺旋桨而言，可用的图谱十分匮乏，这主要是因为各国对冰区船舶的技术保密，尤其是破冰船的螺旋桨设计，由于其技术含量高，并且涉及错综复杂的政治、军事和经济利益，各国都严格保密其资料，因此可参考的设计图谱十分稀少。利用图谱设计方法设计冰区船舶螺旋桨存在着很大的不足。

环流理论设计方法是根据环流理论以及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。应用这种方法可以分别选择不同半径最适宜的螺距和剖面形状，并且可以考虑尾流收缩以及船后伴流的影响，因而对于螺旋桨空化以及由此引起的噪声问题可以妥善考虑，设计出螺旋桨性能较好。尤其是随着计算机的发展，环流理论设计方法得到充分地发展。

发明内容

本发明的目的在于公开适用于冰区船舶设计的、可操作性强的一种冰区船舶螺旋桨设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种冰区船舶螺旋桨设计方法，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：