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多桨船拖桨阻力预报
毛斌峰,陈公昌
（1上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200030;2海军驻广州七IO厂军事代表室,广州510656）
摘 要：多桨船在实际使用过程中,根据航行海况及工况有时只需部分螺旋桨（一只或多只桨）工作,而其余不工作桨则处于拖桨状态（即自由旋转或锁制状态）.此时,工作桨除承担原有的船体阻力外,还要加上不工作桨产生的附加拖桨阻力.本文提供了拖桨阻力预报方法,实际算例与实船试验结果对比表明,该方法具有较高的精度和实用性,可用于多桨船拖桨阻力预报.
关键词：多桨船；螺旋桨；拖桨；阻力预报
中图分类号：U661.311
文献标识码：A
1前 言
随着船舶高速化发展,要求的主机功率越来越大,在单台主机功率受限制的情况下,往往需采用多机多桨来弥补单机功率的不足.多桨船在实际使用过程中,根据航行海况及工况有时只需部分螺旋桨工作（一只或多只桨）,而其余不工作桨则处于拖桨状态（即自由旋转或锁制状态）.此时,工作桨除承担原有的船体阻力外,还需承担不工作桨产生的附加拖桨阻力.经实船验证,不论螺旋桨处于自由状态或锁制状态,均会产生较大的附加拖桨阻力.为了评估多桨船的螺旋桨在拖桨状态下的主机工作负荷及航速情况,需对螺旋桨在拖桨状态下产生的额外阻力进行准确评估.
本文采用卡耳玛柯夫方法对某型四机四桨船在双桨推进航行状态的拖桨阻力进行预报,并根据预报的船体阻力及螺旋桨特性曲线对主机负荷及航速进行预报,将预报结果与试航试验数据进行对比分析,验证了该预报方法的准确性.
2拖桨阻力预报
四机四桨船在四桨航行时,每只桨分担四分之一的船体有效功率.双桨推进时,推进桨除承担原有的船体有效功率外,还要加上另外二桨产生的附加拖桨阻力,下面分别对自由旋转和锁制状态下的拖桨阻力进行预报.
2.1自由状态拖桨阻力预报
自由状态拖桨航行时,不工作的螺旋桨被水流冲击而产生自由转动,类似于水轮机.在螺旋桨特性曲线上,KT和Kq处于负值区域,此时自由拖桨产生的推力与工作桨的推力方向相反,可以近似的用敞水特性方程式求出自由拖桨的负推力.
从图4可以看出,计算预报值和实测值的误差基本在3%以内,说明采用该方法进行随动转速预报是准确可行的.实测值在全航速段均小于预报值,且随着航速增加误差逐渐偏大,其原因可认为是在预报时假设扭矩系数KQ为零,但轴实际转动时会有摩擦,且随转速增加摩擦阻尼越大,从而导致实际随动转速要小于计算预报转速.
从图5可以看出,在自由状态时,计算预报值和实测值的误差基本在5%左右,说明采用该方法进行自由状态多桨功率预报是准确可行的；而在锁制状态时,主机功率实测值较预报值的误差约10%,且随着航速增加误差逐渐偏大,其原因可能是因为阻力系数Kp选取偏大造成.锁制状态与自由状态相比,锁制状态阻力增加明显,会导致主机负荷过重,实船试航在14 kn附近出现主机超负荷,不能继续加速.
4结束语
本文利用卡耳玛柯夫方法对某型多桨船拖桨阻力进行预报,可以为类似多桨船型的拖桨阻力预报提供一个参考,定性的提出了部分参数对拖桨阻力的影响情况以及对多桨船拖桨状态的使用建议,具体的结论如下：
(1)采用卡耳玛柯夫方法预报自由状态拖桨阻力有较高的准确性,是可行的；
(2)采用卡耳玛柯夫方法预报锁制状态拖桨阻力,阻力系数Kp选取偏大,造成预报比实测偏大,故估算时可适当减小Kp；
(3)螺旋桨自由状态产生的附加拖桨阻力远小于桨锁制状态产生的附加拖桨阻力,建议多桨船在拖桨航行时应采用自由状态拖带形式,避免锁制状态拖桨航行；
(4)自由状态拖桨航行时,桨轴轴承以及齿轮箱输出端的转速会很高,需配置相应设备对相关运动部件进行强制润滑.
多桨船拖桨阻力预报论文范文结:
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