本科船舶原理思考题（答案）

例1：已知螺旋桨型式为B4－55，直径D ＝2.6⽶，转速N ＝200r/min ，进速12.65Akn V

=，要求发出98100N 推⼒，如轴系效率为0.97，试求该螺旋桨所需之螺距⽐及主机功率。 解：1）预备计算2003.3360

n ==(r/s) 0.514412.65 6.507AV=?=(m/s)224

10003.33n Dρ=??4

=506736.12(N)2.62）计算J 和TK6.5070.7523.33 2.6AJ nDV===?2498100

0.194506736.12T TK nD

ρ===

3）按算出的J 和TK

值查B4－55性征曲线图得1.07PD= 0.035QK=

4）求螺旋桨收到功率2DnQ P π=2255

0.0351********.987()3.33 2.6Q Q N m nK Dρ===?

2 3.1446112.987 3.339.333()DkW P==

5）求主机功率 946.333994.158()0.97D S SkW PP η===

例2：已知某单桨船，航速V ＝14.85kn ，有效功率660.1848EkW P

=，螺旋桨直径D

＝2.6m ，转速N ＝200 r/min ，推⼒减额分数t=0.118，伴流分数0.15ω=，相对旋转效率

R

1.0η＝，传送效率S

0.95η＝，求B4－55系列的螺旋桨所需主机功率。解： 1）计算J 和TK

V 14.850.51447.(/)m s ?＝＝(1)7.(10.15) 6.50AV Vω=-=-=(m/s)660184.8811.623()7.ER N VP===

811.623

97972.362()(1)(10.118)1P R T N t Z ===--?2244

97972.3620.1931000200() 2.660TTKnDρ=

==??6.500.75200() 2.660

A J nD V ===?2）由J 和TK

值查图谱得1.07PD= 0.035QK=0.66η

= 3）求主机功率2255

0.035100046.205()200() 2.660Q kN m Qn K Dρ==?=46.20546.205()1.0BRkN m QQη

===? 200

22 3.1446.205967.225()60DB B

n kW Q P π==??= 967.2251018.132()0.95DB S SkW PP η===⼀、判断

1、当船模和实船的雷诺数相等时，它们的单位排⽔量的摩擦阻⼒相等。

2、因为形状因了1+K 在低速试验求得，所以三因次换算法也只能适⽤于换算低速船舶的阻⼒。3、由于⽆边界层分离时，就⽆旋涡，则粘压阻⼒就不存在。

4、⼀般说来，随着桨叶数⽬的增加，螺旋桨效率增加，抗空泡性能与抗激振性能也得到改善。5、⾼速螺旋桨易发⽣空泡的原因在于来流V

很⼤，致使叶背上的压⼒bP很⼩，从

⽽具有较⾼的减压系数，⽽易发⽣空泡。

6、系泊时，螺旋桨与主机的匹配若刚好，则其转速保持不变。7、拖轮常⽤导管桨，是因为桨受到良好的保护。8、实效螺距是指实际测量的螺距。

9、敞⽔性征曲线上效率最⾼点，即设计图谱上的效率最佳点。 10、军舰速度⾼，故其伴流分数⼤。11、由于船体表⾯存在纵向和横向弯曲，其摩擦阻⼒和相当平板的摩擦阻⼒有差异，此称为尺度效应。12、某舰试航时，螺旋桨转速达不到设计转速，主机功率不能充分吸收，说明该桨处于负载过轻状态。⼆、简答

1、分析浮⼼纵向位置对阻⼒的影响。

2、试⽤理想推进器理论分析提⾼螺旋桨效率可采取的途径，并举三例。

三、计算

1、某海船模型长度mL

＝9⽶，湿表⾯积mS

＝10平⽅⽶，在船池中进⾏试验，测得其在mV

＝1.5⽶每秒时总阻⼒tmR

＝4.6公⽄。已知船模摩擦阻⼒fmR

＝3.4公⽄，试⽤

⼆因次换算⽅法，计算缩尺⽐为25的实船在相应速度时的有效功率EP。

1957ITTC 公式：20.075(lg 2)fe cR =-粗糙补贴：30.410fc-=??海⽔：2

4104.5/kgf sm ρ=?；2

1.158/s m ν=淡⽔：2

4101.87/kgf s m ρ=?；21.139/s m ν=

T7－7：已知尺度⽐25λ=，船模长6m ，湿⾯积27m ，在试验池中速度为1.8/m s ，测得总阻⼒为4.3(42)kgf N ，试求：1、实船长；2、实船湿⾯积；

3、实船航速，以节为单位；

4、实船总阻⼒，摩擦阻⼒按1957ITTC 公式、粗糙度补贴系数取5410?；5、此航速下实船所需的有效功率。解：

1、实船船长256150()s m m L L λ==?=。2、实船湿⾯积2

2274375)(25s m m s s λ==?=。 3、实船航速 1..0(/)17.5s m m s kn v v ====。

4、实船总阻⼒t R （⽤傅汝德法）： 1）计算雷诺数取标准⽔温015t c =，假定实船航⾏⽔域为淡⽔。96

9.0150 1.1851.139021010s s es sv LR ν-?===??66

1.869.4821.1390210

10m m emmv L R ν-?===??

2）计算摩擦阻⼒ A 、实船3220.0750.0751.499910(lg 2)(lg1.1852)10fs es C R -===?-?-23321()

21(1.4990.04)999.044375272430()2

10109.0fs fs f s s

s N V C C R S ρ--=+=?+=?B 、船模3220.0750.0753.028610(lg 2)(lg9.4822)10fm em C R -=

==?-?-2321

213.0299.04734.3()2

10 1.8fm fm m mm N V C R S ρ-=?==3）计算剩余阻⼒

A 、船模7.7()rm tm fm N R R R =-=B 、实船33999.047.7120313()999.0425s rs rm mN R R ρλρ==??=4）实船总总船体阻⼒5

272430120313 3.93()10ts fs rs N R R R =+=+=?

5、实船有效功率563.939 3.54()1010es ts s W V P R =?=??=?

2、某内河单桨船，航速V ＝7.5 m/s ，阻⼒R ＝17992.8 N ，螺旋桨直径D ＝1.0 m ，转速n ＝10 m/s ，测得船后桨消耗的转矩Q B ＝2998.8N ?m ，该桨敞⽔性征曲线为K T =0.5－0.5J ；K Q =0.06－0.05J 。若相对旋转效率R1.0η=，⽔密度ρ＝1000kg/m3 ，试求：1、桨的伴流分数ω和推⼒减额分数t ；2、船的有效马⼒P E 和螺旋桨的推马⼒P T ；

3、螺旋桨的敞⽔收到马⼒P D0 。 解：1、求敞⽔桨消耗的转矩Q 0Q 0＝R ηQ B ＝1.0?2998.8＝2998.8N ?m2、求敞⽔桨的转矩系数K QK Q ＝25Qn D ρ＝252998.8100010 1.0＝0.030

* Q 即为Q 0 3、求进速系数J

由K Q =0.06－0.05J ，得J ＝（0.06－K Q ）/0.05＝（0.06－0.030）/0.05＝0.604、求进速V A

由J ＝V A /nD ，得 V A ＝JnD ＝0.60?10?1.0＝6.0 m/s 5、求伴流分数ωω＝1－A V V＝1－6.0/7.5=0.26、求推⼒系数K T

K T =0.5－0.5J ＝0.5－0.5?0.60＝0.2 7、求推⼒T T ＝K T 24nD

ρ＝0.2?1000?2410

1.0?＝20000 N8、求推⼒减额分数t t ＝T R T －＝2000017992.820000

－=0.10036 9、求有效马⼒P EP E ＝RV/75＝17992.87.59.875＝183.6hp

10、求推马⼒P TP T ＝A T V 75＝200006.0

9.875?＝163.3 hp11、求敞⽔效率0η0η＝T Q JK 2K π＝0.20.600.032 3.14

＝0.637

12、螺旋桨的敞⽔收到马⼒P D0P D0＝

T 0P η＝16000.637

＝256.4 hp 3、若已知数据据同上题，且速度为零时的推⼒减额分数00.04t =，轴系传送效率

0.97S η=。试求系泊时螺旋桨的有效推⼒e T 及主机发出的功率S P 。试⽤理想推进器理论分析得出提⾼螺桨效率的措施，并列举三例。答：1、理想推进器效率公式：A 、112++=σηTiA其中V A T Ai T2021ρσ=式1B 、V A T AiiA214134ρη++= 式2

2、由式1可得措施⼀：增⼤螺旋桨直径D D ↑→A 0↑→

σT↓→ηiA↑

例如：隧道尾和设计纵倾。

由式2可得措施⼆：尾流收缩 尾流收缩→A 1↑→ηiA↑

例如：导管螺旋桨。

P195 T8－6：已知螺旋桨直径5D m =，船后桨收到功率2100DB kw P =，推进功率1400Tkw P

=，转速120/min N r =，进速12Akn V

=。求桨的转矩系数、推⼒系数及敞⽔效率。取相对旋转效率0.99Rη=。

解：1、求转矩系数QK

1）敞⽔螺旋桨收到马⼒D P

21000.992079D DB RP

P η=?=?=（kw ）=2826.65（hp ）2）敞⽔螺旋桨消耗的转矩Q0275D n Q P π=

（hp ）→00

75752826.6516878.8812022 3.1460D nP Qπ?===

（kgf m ） 3）转矩系数QK225

516878.88

0.012910259.80665120()560Q QK n Dρ===??

注：式中Q 即为0Q。

2、求推⼒系数TK

1）求推⼒T75ATT V P

=（hp ）→1000

75140075735.49923127.30120.5144TAT P V==

=?（kgf ）2）推⼒系数TK224

423127.30

0.088510259.80665120()560TTKnDρ===??

3、求敞⽔效率η⽅法⼀、1000

1400735.4990.6732826.65TD PPη

==

= ⽅法⼆、0120.514412050.0885600.674220.01292 3.14AT T Q Q

J nD V K K K K ππη??=?=?=?=? 注：两⽅法所得计算结果基本⼀致，说明本题计算过程基本正确。课外思考题：

为什么敞⽔桨模的性征曲线组能⽤于主机带动的船后实桨的设计？ 答题要点：

1）敞⽔桨模与敞⽔实桨的关系（敞⽔桨模→敞⽔实桨）：敞⽔效率（若敞⽔实桨与敞⽔桨模⼏何相似、进速系数相等，两者的性征曲线⼀致）；

2）敞⽔实桨与船后实桨的联系（敞⽔实桨→船后实桨）：相对旋转效率；

3）船后实桨的设计应考虑船（船体）、机（主机）、桨（船后实桨）三者是⼀个整体，它们之间的联系：

A、船体与船后实桨的联系：船⾝效率；B、主机与船后实桨的联系：传送效率。

通过上述关系，敞桨模的性征曲线组可⽤于主机带动的船后实桨的设计。课外思考题：

在螺旋桨强度的规范校核法和螺距修正等计算中，常需计算螺旋桨叶切⾯厚度和切⾯弦长等。已知某系列标准桨AU5－50 的直径D＝5.6m，试⽤有关图表求出下列数据：1）0.6R处的切⾯弦长b0.6R ；解：查课本表8－4，得

b0.6R＝0.9911 b max＝0.9911×0.226D·a E /0.1Z＝0.9911×0.226×5.6×0.5 / (0.1×5)＝1.254 m

2）0.7R处的叶切⾯厚度t0.7R 。解：查课本表8－4，得t0.7R＝1.71%·D＝1.71% ×5.6＝0.09576 m

P150 T7－3：简述船舶阻⼒的分类。答：

1、在船舶⼯程中，船舶的雷诺数R e =νVL ，式中：1）“L ”指船的⽔线长，单位为⽶（m ）；2）“ν”指⽔的运动粘性系数，单位为m 2/s 。

2、在船舶⼯程中，船舶的F r =gL V称为傅汝德数，式中：1）

“L ”指船的⽔线长，单位为⽶（m ）；2）“V ”指船的速度，单位为m/s 。

3、在船舶⼯程中，船的速度常⽤节（kn ）来表⽰，1kn=0.5144m/s 。若某船的速度为20kn ，相当于10.288 m/s 。

4、船体阻⼒是船舶阻⼒的主要组成部分。根据船体周围⽔的流动现象，船体阻⼒⼀般分为摩擦阻⼒、粘压阻⼒和兴波阻⼒。对于低速船，船体阻⼒中摩擦阻⼒是主要的。

5、船舶按傅汝德数⼤⼩可为低速船、中速船和⾼速船。⼀般说来，低速船在船体阻⼒成分中，粘压阻⼒和兴波阻⼒占的⽐例很⼩。

6、在避免或延缓空泡发⽣的措施中，增加螺旋桨的盘⾯⽐可减⼩减压系数，⽽降低螺旋桨的转速可增⼤空泡数。

7、螺旋桨产⽣空泡现象的条件为ξσ≥，其中：ξ称为减压系数，σ称为空泡数。 8、⽬前世界上⽐较著名的螺旋桨系列有荷兰的B 型、⽇本的AU 型和英国的⾼恩型等，各系列均有⼀定的系列代号，如“B4－70”，其中： “4”指螺旋桨的桨叶数为4，“70”指螺旋桨的盘⾯⽐为0.70。

9、⽬前世界上⽐较著名的螺旋桨系列有荷兰的B 型、⽇本的AU 型和英国的⾼恩型等，各系列均有⼀定的系列代号，如“AU5－50”，其中： “5”指螺旋桨的桨叶数为5，“50”指螺旋桨的盘⾯⽐为0.50。

（×）1、对于某些阻⼒性能优良的船型，当不发⽣边界层分离现象（不发⽣旋涡现象）时，粘压阻⼒可能不存在。（×）2、船舶在风浪中航⾏时，由于风浪作⽤使其阻⼒较静⽔中航⾏时⼤，此时船舶所受到的⽔阻⼒称为汹涛阻⼒。（√）3、三因次法计算船体阻⼒时，把船体阻⼒分为粘性阻⼒和兴波阻⼒两部分：且认为兴波阻⼒由船模的兴波阻⼒⽤⽐较定率换算得出。

（×）4、螺旋桨旋转⼀周轴向前进的距离称为螺旋桨的螺距P 。（√）5、船⾝效率Hη

表⽰伴流与推⼒减额的合并作⽤，反映了船桨的相互影响。

（√）6、对于⼀般的民⽤船舶，球⿐⾸的主要作⽤是为了减⼩船舶的兴波阻⼒。 （×）7、船舶在有风的航区中航⾏，由于风的作⽤兴起波浪，波浪会改变船舶⾸尾的压⼒分布，使⾸部压⼒⼤于尾部压⼒，则船舶受到⼀个阻碍运动的阻⼒作⽤，此阻⼒成分⼀般称为兴波阻⼒。

（√）8、傅汝德法计算船体阻⼒时，把船体阻⼒分为两个独⽴部分：剩余阻⼒和摩擦阻⼒。其中实船的剩余阻⼒由船模剩余阻⼒⽤⽐较定率换算得出，⽽实船的摩擦阻⼒则根据“相当平板”理论计算得出。（×）9、螺旋桨之所以称为螺旋桨是因为桨的叶背为螺旋⾯的⼀部分。

（√）10、由于螺旋桨和船体间的相互作⽤，⼀般认为螺旋桨的进速不等于船速，螺旋桨发⽣的总推⼒不等于孤⽴船体受到的阻⼒。

（C ）1、球⿐球的主要作⽤降低船的：A 、摩擦阻⼒B 、粘压阻⼒C 、兴波阻⼒D 、附加阻⼒

（C ）2、螺旋桨⼯作时使⽔产⽣的运动速度增量称为：A 、伴流速度B 、进速C 、诱导速度D 、来流速度

（A ）3、引起船舶受到摩擦阻⼒作⽤的根本原因是：

A 、⽔的粘性B 、波浪的⼤⼩C 、⽔下船体形状D 、船速

（C ）4、螺旋桨旋转⼀周轴向前进的距离称为：A 、螺距B 、滑脱C 、进程D 、拱度

1、形似船、母型船和“标准船型”的含义分别什么？

答：A 、形似船：仅⼤⼩不同，⽽形状完全相似（即⼏何相似）的船舶之间的统称。如实船（s ）和它的船模（m ）即为形似船。

B 、母型船：与设计船船型相近、尺度和航速差不多、性能优良的船舶。C 、具有如下四个标准参数的船型称为设计船的“标准船型”：标准⽅形系数、标准宽度吃⽔⽐、标准浮⼼纵向位置和标准⽔线长。2、什么是螺旋桨的⽔动⼒性能？

答：⼀定形状的螺旋桨在⽔中⼯作时所产⽣的推⼒、消耗的转矩和效率与其运动间的关系。

3、螺旋桨的敞⽔性征曲线

答：对于⼀定⼏何形状的螺旋桨⽽⾔，推⼒系数、转矩系数和效率与进速系数的关系曲线。

4、浅吃⽔船常采⽤隧道尾。试⽤理想推进器理论分析得出为什么隧道尾能提⾼螺旋桨的效率？答：A 、隧道尾能使船舶采⽤较⼤直径D 的螺旋桨； （1分）B 、理想推进器的效率ηia＝σT

++112 （2分）σT＝V A T ai 2021

ρ （1分）D ↑→A 0↑→σT↓→ηia

↑。 （2分）

5、拖⽹渔船和拖船等常采⽤设计纵倾（船体龙⾻线与船体基线不重合，使船体尾吃⽔⼤于⾸吃⽔的现象称为设计纵倾）。试⽤理想推进器理论分析得出为什么设计纵倾能提⾼螺旋桨的效率？答：A 、设计纵倾能使船舶采⽤较⼤直径D 的螺旋桨； （1分）B 、理想推进器的效率ηia＝σT

++112 （2分）σT＝VA T ai 2021ρ（1分）D ↑→A 0↑→σT↓→ηia

↑。 （2分）