《船用螺旋桨技术研究及系列图谱》从工程实践和物理概念方面做些探讨。其中,第一部分包括螺旋桨的几何形状、桨叶剖面翼型的变化:在复杂运动状态(变速、调速和不同方位角时)中,螺旋桨的流体动力状况和相应工程技术对策;空泡现象和船后伴流场的模拟试验和评估等。为应对现代各种用途船舶对螺旋桨的要求(控制空泡、减振、降噪等),出现了现代径向变螺距、周向侧斜、轴向预置纵倾的翼形剖面桨叶船用螺旋桨。第二部分包含一些经过实验检验,证明可用的新的螺旋桨系列图谱,它们分别针对不同类型船舶所需载荷系数各异的螺旋桨。
《船用螺旋桨技术研究及系列图谱》可供从事船用螺旋桨研发和使用的工程技术人员参考,也可供船舶和海洋工程专业的大学生、研究生阅读。
著者曾有机会接触、参与国内船舶研究、设计部门船用螺旋桨的技术研发工作。出于学习的目的,多年来对参加试验所获得的数据和看到的资料,结合公开文献,做了收集、整理、分析,希望查清各类船舶螺旋桨的实际技术品质。对一些反映良好的螺旋桨,也想找出其知识含金量,加以消化吸收,并努力有所创新,形成适当的文字资料,作为参与技术讨论和决策的依据。特别是当出现某些技术困惑和争论时,还想弄清问题出在哪里。正是基于上述意愿,多方请教,努力完成螺旋桨的研发、设计课题。其中,有的工作延续时间长达数十年,才得以初步完成,有的甚至现在还没完成。所有陆续汇集的资料,都源于技术责任部门的支持和个人履行职责的义务,并不是仅仅依靠某个人努力就能完成的。
目前手头形成、积累的船用螺旋桨技术资料,包括已经向相关责任部门呈送的、受委托参与开发的、与国外交流获得的、整理归纳破译的等。这次整理出版的部分,都是著者本人在国内教科书中未看到过的内容,将侧重从物理概念方面加以阐述。全书包括两部分:第一部分涉及螺旋桨几何、力学、工程实践方面遇到的问题,且在教科书中尚未得到应有反映的,例如,当代船舶螺旋桨的图纸表达和所用剖面翼型的变化;螺旋桨在复杂运动状态(变速、调速和不同方位角时)的受力情况和相应工程技术对策;空泡现象的模拟试验和评估等。试图在实验和分析的基础上,结合工程实践,通过个例分析,加以阐述和解释。第二部分内容主要是一些螺旋桨系列图谱。20世纪60年代起,陆续出现径向变螺距、周向侧斜、轴向预置纵倾的翼形剖面桨叶船用螺旋桨。与传统的等螺距圆背形剖面螺旋桨不同,现在可供选择的螺旋桨参量(翼形、螺距、侧斜等)多了,同一型号的舰船的数量通常有限,加上甚至姐妹船的船一机参数和使用要求也有差异,都需要专配螺旋桨,导致研制工作量剧增。因此,充分吸收可能得到的、已有进展的技术信息和经验,建立相应的数据资料库一系列图谱,用作研制新船螺旋桨的范本,成为相对便捷和有效的办法。书中的螺旋桨系列图谱,包括直接从模型试验的,或从文献检索资料得到的,都通过实践装船检验,才能入选;凡由文献检索资料转载的,除标明出处外,还都经重新整理,个别图谱作了不影响推进性能、却对空泡、振动有益无害的轻度修正。各个螺旋桨系列分别适用于不同类型的舰船。图谱中的螺旋桨动力和空泡性能数据,尽量用最常见的无量纲系数表达,以便于理解物理含义。这些图谱曾多次保证以设计一个方案.顺利地达到满足技术任务书要求的结果。直到2013年,这些资料的应用范围已涉及差不多各类舰船的螺旋桨。必须强调,与传统螺旋桨叶梢宽度为零不同,系列图谱中的螺旋桨,给定了桨叶梢有限宽度,并提出了对桨叶梢端的“泥鳅脊”和“斧口脊”修整建议,即对螺旋桨梢部加工检测提出了要求。这对控制螺旋桨激励船体振动和降低螺旋桨水噪声很重要。关于加强螺旋桨叶梢部位的加工控制,在国外舰船用螺旋桨产品上,也已现端倪。
再者,对国内数十年来出版的《船舶推进》教材内容,著者以为更新不够及时,未能反映当代发展水平,觉得与国家发展的现实不适应,也有所不安。但个人已退休,且年事已高,体力也难支撑编新教材的重任,只得以当年案头专题报告和一个个螺旋桨系列图谱的形式整理出来。由于书中所有文稿形成于各个课题的研发过程中,时间跨越多年,每次独立叙述、整理成文的东西,现在汇编到一起,可能会有重复。这次只能将书中所用标记、索引文献等尽量统一;略加整理后,在所有专题报告前面加上“报告主旨”,也是为说明当时准备报告的背景。
现在以《船用螺旋桨技术研究及系列图谱》为书名发表这些东西,是希望:能给从事船用螺旋桨研究、设计、制造和运行的工程技术人员提供参考;也为有关部门的“螺旋桨资料数据库”补充点材料。著者深知,造船技术在发展和进步,书中关于船用螺旋桨的看法和资料是否正确,也必须接受时间和实践的检验,该否定和淘汰的,还是得否定和淘汰。
本书撰写时假定读者具有船舶推进的基础知识。
最后,感谢上海交通大学船舶工程系对著者工作提供的支持和条件,特别要感谢海军和工业部门有关舰船院、所和工厂给与著者的工作机会和支持,这一切实际上都是对个人的培养,没有这种帮助,著者只能一事无成。因此将书中这些东西整理出来供参考,也确是著者的责任。书中若有技术内容上的遗漏或错误,应归著者本人,并祈惠于指正。
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钱晓南,上海交通大学研究员,浙江杭州人,1933年生,1994年退休。
1959年毕业于苏联列宁格勒造船学院。1959年起在上海交通大学造船系任教,历任助教、讲师、副教授、研究员。曾编写一些新教材,如船舶阻力类和船舶操纵等。1960年主持研制成功我国首台潜体水下阻力仪。1980年代起参与过多型舰船用推进器的技术研发。曾成功判定某国外引进挖泥船的可调螺距螺旋桨设计失误,及参与论证某型舰由国外引进螺旋桨设计可行。先后参与开发JQ-5-81系列鹰翅型螺旋桨,受托参与SQ-5-70低振动螺旋桨、H-4-60螺旋桨、H-5-75螺旋桨等系列的研发。设计过多型船舰推进用螺旋桨及推力器,包括水面、水下舰艇、货船、高速交通艇、渔船等的螺旋桨、可调螺距螺旋桨和导管螺旋桨。规划和设施过一些特种试验,如螺旋桨360°全方位性能试验,螺旋桨倒车强度校核试验等。
第一部分 专题报告
船用螺旋桨几何形状及其工程图纸表达
可调螺距螺旋桨叶形状表达及避免(调距时)互碰
螺旋桨剖面翼型若干资料分析的汇总
螺旋桨叶惯性数据及变速运动时与加速度有关的作用力
可调螺距螺旋桨流体动力设计的一些问题
关于“低振螺旋桨”直径及螺距比选择
低振螺旋桨直径及螺距比选择实例分析
可调螺距螺旋桨快速性
螺旋桨剖面空泡及伴流场的试验和模拟
B-4-55系列螺旋桨在0~360°方位角运行时的流体动力性能(汇编资料)
吊舱推进器螺旋桨360°全方位流体动力研究
多桨舰船低速航行时的闲置螺旋桨
螺旋桨设计中船一机一桨匹配若干问题
第二部分 螺旋桨系列图谱
关于螺旋桨系列图谱的说明
JQ-5-81系列鹰翅型螺旋桨图谱及其使用说明
H-5-75系列螺旋桨(5叶、25°侧斜)图谱
H-4-60四叶25°侧斜螺旋桨系列图谱
Eu-5-75系列螺旋桨40°侧斜
Eu-4-60系列螺旋桨图谱
so-5-70系列低振动螺旋桨
so-4系列20°侧斜螺旋桨
RSM-4-75系列螺旋桨
RSM-4-65系列螺旋桨
P-3-65系列螺旋桨
螺旋桨初步设计参考资料
导管螺旋桨初步设计参考资料
参考文献