毛斌峰++陳公昌

摘 要：多槳船在實(shí)際使用過程中，根據(jù)航行海況及工況有時(shí)只需部分螺旋槳（一只或多只槳）工作，而其余不工作槳?jiǎng)t處于拖槳狀態(tài)（即自由旋轉(zhuǎn)或鎖制狀態(tài)）。此時(shí)，工作槳除承擔(dān)原有的船體阻力外，還要加上不工作槳產(chǎn)生的附加拖槳阻力。本文提供了拖槳阻力預(yù)報(bào)方法，實(shí)際算例與實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，該方法具有較高的精度和實(shí)用性，可用于多槳船拖槳阻力預(yù)報(bào)。

關(guān)鍵詞：多槳船；螺旋槳；拖槳；阻力預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：U661.311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Additional Drag Method of Multi-propeller Ship in

Abnormal Working Condition

MAO Binfeng1，CHEN Gongchang2

（1. Shanghai Jiaotong University ， Shanghai 200030；2. The Military Commissary Department in No.750 Manufactory in Guangzhou， Guangzhou 510656）

Abstract： For multi-propeller ships， sometimes only a part of propellers （one or more） work according to sea state or need in daily use， other propellers rest or dragged （free rotating or locked）. In the abnormal working conditions， the working propellers undertake both hull efficient power and additional drag resistance. An additional drag prediction method is introduced and is proved to be exact after compared with experiment results.

Key words：Multi-propeller ship； Propeller；Abnormal working condition；Additional Drag prediction

1 前言

隨著船舶高速化發(fā)展，要求的主機(jī)功率越來越大，在單臺(tái)主機(jī)功率受限制的情況下，往往需采用多機(jī)多槳來彌補(bǔ)單機(jī)功率的不足。多槳船在實(shí)際使用過程中，根據(jù)航行海況及工況有時(shí)只需部分螺旋槳工作（一只或多只槳），而其余不工作槳?jiǎng)t處于拖槳狀態(tài)（即自由旋轉(zhuǎn)或鎖制狀態(tài)）。此時(shí)，工作槳除承擔(dān)原有的船體阻力外，還需承擔(dān)不工作槳產(chǎn)生的附加拖槳阻力。經(jīng)實(shí)船驗(yàn)證，不論螺旋槳處于自由狀態(tài)或鎖制狀態(tài)，均會(huì)產(chǎn)生較大的附加拖槳阻力。為了評(píng)估多槳船的螺旋槳在拖槳狀態(tài)下的主機(jī)工作負(fù)荷及航速情況，需對(duì)螺旋槳在拖槳狀態(tài)下產(chǎn)生的額外阻力進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

本文采用卡耳瑪柯夫方法對(duì)某型四機(jī)四槳船在雙槳推進(jìn)航行狀態(tài)的拖槳阻力進(jìn)行預(yù)報(bào)，并根據(jù)預(yù)報(bào)的船體阻力及螺旋槳特性曲線對(duì)主機(jī)負(fù)荷及航速進(jìn)行預(yù)報(bào)，將預(yù)報(bào)結(jié)果與試航試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了該預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性。

2 拖槳阻力預(yù)報(bào)

四機(jī)四槳船在四槳航行時(shí)，每只槳分擔(dān)四分之一的船體有效功率。雙槳推進(jìn)時(shí)，推進(jìn)槳除承擔(dān)原有的船體有效功率外，還要加上另外二槳產(chǎn)生的附加拖槳阻力，下面分別對(duì)自由旋轉(zhuǎn)和鎖制狀態(tài)下的拖槳阻力進(jìn)行預(yù)報(bào)。

2.1 自由狀態(tài)拖槳阻力預(yù)報(bào)

自由狀態(tài)拖槳航行時(shí)，不工作的螺旋槳被水流沖擊而產(chǎn)生自由轉(zhuǎn)動(dòng)，類似于水輪機(jī)。在螺旋槳特性曲線上，和 處于負(fù)值區(qū)域，此時(shí)自由拖槳產(chǎn)生的推力與工作槳的推力方向相反，可以近似的用敞水特性方程式求出自由拖槳的負(fù)推力。

2.4 實(shí)船試航軸功率及航速測(cè)量數(shù)據(jù)

該型船試航時(shí)分別進(jìn)行了雙機(jī)雙槳航行、自由狀態(tài)及鎖制狀態(tài)拖槳情況的軸功率及航速測(cè)量，考慮軸系傳遞效率，將實(shí)測(cè)軸功率換算為主機(jī)功率。

為便于理論預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)比，將自由狀態(tài)及鎖制狀態(tài)的實(shí)測(cè)軸功率、隨動(dòng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行回歸擬合后，數(shù)據(jù)如圖2所示。

3 預(yù)報(bào)與試航數(shù)據(jù)對(duì)比

將自由狀態(tài)及鎖制狀態(tài)的理論預(yù)報(bào)及實(shí)測(cè)軸功率、隨動(dòng)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性，計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4。

從圖4可以看出，計(jì)算預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值的誤差基本在3%以內(nèi)，說明采用該方法進(jìn)行隨動(dòng)轉(zhuǎn)速預(yù)報(bào)是準(zhǔn)確可行的。實(shí)測(cè)值在全航速段均小于預(yù)報(bào)值，且隨著航速增加誤差逐漸偏大，其原因可認(rèn)為是在預(yù)報(bào)時(shí)假設(shè)扭矩系數(shù)為零，但軸實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)有摩擦，且隨轉(zhuǎn)速增加摩擦阻尼越大，從而導(dǎo)致實(shí)際隨動(dòng)轉(zhuǎn)速要小于計(jì)算預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)速。

從圖5可以看出，在自由狀態(tài)時(shí)，計(jì)算預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值的誤差基本在5%左右，說明采用該方法進(jìn)行自由狀態(tài)多槳功率預(yù)報(bào)是準(zhǔn)確可行的；而在鎖制狀態(tài)時(shí)，主機(jī)功率實(shí)測(cè)值較預(yù)報(bào)值的誤差約10%，且隨著航速增加誤差逐漸偏大，其原因可能是因?yàn)樽枇ο禂?shù)選取偏大造成。鎖制狀態(tài)與自由狀態(tài)相比，鎖制狀態(tài)阻力增加明顯，會(huì)導(dǎo)致主機(jī)負(fù)荷過重，實(shí)船試航在14 kn附近出現(xiàn)主機(jī)超負(fù)荷，不能繼續(xù)加速。

4 結(jié)束語

本文利用卡耳瑪柯夫方法對(duì)某型多槳船拖槳阻力進(jìn)行預(yù)報(bào)，可以為類似多槳船型的拖槳阻力預(yù)報(bào)提供一個(gè)參考，定性的提出了部分參數(shù)對(duì)拖槳阻力的影響情況以及對(duì)多槳船拖槳狀態(tài)的使用建議，具體的結(jié)論如下：

（1）采用卡耳瑪柯夫方法預(yù)報(bào)自由狀態(tài)拖槳阻力有較高的準(zhǔn)確性，是可行的；

（2）采用卡耳瑪柯夫方法預(yù)報(bào)鎖制狀態(tài)拖槳阻力，阻力系數(shù)選取偏大，造成預(yù)報(bào)比實(shí)測(cè)偏大，故估算時(shí)可適當(dāng)減小 ；

（3）螺旋槳自由狀態(tài)產(chǎn)生的附加拖槳阻力遠(yuǎn)小于槳鎖制狀態(tài)產(chǎn)生的附加拖槳阻力，建議多槳船在拖槳航行時(shí)應(yīng)采用自由狀態(tài)拖帶形式，避免鎖制狀態(tài)拖槳航行；

（4）自由狀態(tài)拖槳航行時(shí)，槳軸軸承以及齒輪箱輸出端的轉(zhuǎn)速會(huì)很高，需配置相應(yīng)設(shè)備對(duì)相關(guān)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑。

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