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第八章 螺旋桨的强度校核 为了船舶的安全航行，必须保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常航行状态下不致破损或断裂。为此，在设计螺旋桨时必须进行强度计算和确定桨叶的厚度分布。螺旋桨工作时作用在桨叶上的流体动力有轴向的推力及与转向相反的阻力，两者都使桨叶产生弯曲和扭转。螺旋桨在旋转时桨叶本身的质量产生径向的离心力，使桨叶受到拉伸，若桨叶具有侧斜或纵斜，则离心力还要使桨叶产生弯曲。此外，桨叶上也可能受到意外的突然负荷，例如：碰击冰块或其他飘浮物体等。同时螺旋桨处于不均匀的尾流场中工作，使桨叶受力产生周期性变化，故较难精确地算出作用在桨叶上的外力。 在计算桨叶的强度时，我们可以把桨叶看作是扭曲的、变截面的悬臂梁，而且其横截面是非对称的，故计算较为复杂，即使能正确地求得桨叶上的作用力，要精确地进行强度计算也是很困难的。目前，对于动态负荷(即计及伴流不均匀性影响)下螺旋桨的强度计算方法虽然有所发展，但计算繁复，付之实用还为时尚早。故在螺旋桨设计的实践中，一般都用理论和实验相结合的近似方法来进行螺旋桨的强度计算。 计算螺旋桨强度的近似方法很多，中国船级社于2001年颁发的《钢质海船入级与建造规范》（以下简称《规范》）中对螺旋桨的强度也有了规定，因为比较偏于安全，用近似方法计算的厚度未必一定能满足规范的要求，因此对“入级”海船应采用规范规定的方法计算。本章中主要介绍我国2001年《规范》的规定，由此确定桨叶厚度。为了使读者了解桨叶上的受力情况，对于分析计算方法也作必要的介绍。 § 8-1 《规范》校核法 一、螺旋桨桨叶厚度的确定 为了保证螺旋桨的安全，中国船级社2001年《钢质海船入级与建造规范》第三分册第三篇第十一章中，对螺旋桨的强度要求作了明确具体的规定。 螺旋桨桨叶厚度t(固定螺距螺旋桨为0.25R和0.6R切面处，可调螺距螺旋桨为0.35R和0.6R切面处)不得小于按下式计算所得之值： (mm) (8-1) 式中 Y —— 功率系数，按(8-2)式求得； K —— 材料系数，查表8-1； X —— 转速系数，按(8-3)式求得。 1．功率系数 (8-2) 表8-1 材料系数 材 料 抗拉强度σb（N/mm2） 材料密度G（g/cm3） 材料系数K 碳钢与合金钢 铁素钢与马氏体不锈钢 奥氏体不锈钢 Cu1锰青铜 Cu2镍锰青铜 Cu3镍铝青铜 Cu4锰铝青铜 400 500 450 440 440 590 630 7.9 7.7 7.9 8.3 8.3 7.6 7.5 0.57 1.04 1.04 1 1 1.38 1.17 式中 对于随缘上翘的机翼型切面，上式求得之A1值应增加30%； D —— 螺旋桨直径(m)； P —— 所计算切面处的螺距(m)； P0.7—— 0.7R切面处的螺距(m)； R —— 螺旋桨半径(m)； K1，K2，K3，K4 —— 系数，查表8-2； Ne —— 主机的额定功率(kw)， Z —— 桨叶叶数， B —— 所计算半径处切面的弦长(m)； ne —— 螺旋桨在主机额定功率时的转速(rpm)。 表 8-2 Kj r K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 0.25R 0.35R 0.60R 634 520 207 250 285 151 1410 1320 635 4 16 34 82 64 23 34 28 12 41 57 65 380 420 330 2. 转速系数 (8-3) 式中 ； D、P、N、Z和b 同前； ε —— 桨叶后倾角，(o)； K5，K6，K7，K8 —— 系数，查表8-2； G —— 桨叶材料的重量密度(g/cm3)； Ad —— 螺旋桨的盘面比。 对航行于冰区的船舶，螺旋桨桨叶还需进行加强，具体办法在《规范》第三分册第三篇第十四章中有明确规定。因限于篇幅，这里不再进行介绍。 《规范》还规定，对于特殊设计的螺旋桨，允许用其他计算方法来确定螺旋桨桨叶的厚度，但需取得验船部门的同意。 二、计算实例 某3.5×104t散装货船，船长LPP = 185m，型宽B = 28.4m，设计吃水T = 11.0m，方形系数CB = 0.821。主机额定功率Ne = 1.11×104 hp，转速ne = 124 rpm，按MAU型4叶螺旋桨设计图谱求得：螺旋桨的直径D = 5.6m，螺距比P/D = 0.7，敞水效率η0 = 0.521，盘面比AE/A0＝0.586，航速V = 14.68 kn。桨叶的纵斜