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船舶阻力与推进实例计算
一、提示
1、为了方便和正确显示题目中的公式,请安装MathType5.0或以上版本。
2、考前请熟悉计算器的操作,掌握乘方、开方、对数求解的操作方法,确保计算准确无误。
3、在计算过程中,尽量采用国际单位制,最好不使用英制或工程单位制,避免计算过程产生不必要的错误,确保计算结果的准确性。
4、最有可能出现计算题的知识点:
1)船舶阻力部分:
①傅汝德法(例如:2010年7月第37题)
②三因次法(例如:2010年7月第37题)
③海军系数法(例如:2011年7月第35题)。
2)船舶推进部分:敞水性征曲线、推进系数和推进效率的各种成分的综合应用。
①进速系数为零时的相关计算(2010年7月第36题)
②进速系数为最大值时的相关计算(2011年7月第36题第(2)问)
③进速系数介于零和最大值之间时的相关计算(2011年7月第36题第(1)问)及附加题(武汉理工硕士研究生入学考试真题)
5、阅读时,注重梳理解题思路、规范解题过程。
6、可能存在打字或计算错误,请批评指正。
二、真题
第1题:已知某内河船的螺旋桨直径D=2.0m,在系泊状态(V=0)下的推力系数和转矩系数分别为KT=0.25,KQ=0.045。主机在额定状态工作时,螺旋桨转速N=360转/分,船后收到功率PDB=860KW,相对旋转效率
,求系泊状态下螺旋桨的转速、推力及收到功率。(2010年7月第36题,10分)
解:1)敞水额定转矩Q
2)系泊时转速
3)系泊(总)推力T
4)系泊有效推力F
F=T(1-t0)=64000×(1-0.04)=61440(N)=6265.14 kgf
5)系泊船后桨收到功率
注意:1)上述计算最好采用国际单位制,亦可采用工程单位制;
2)系泊状态下,螺旋桨处于重载,保持额定转矩下工作,转速低于额定值。
第2题:某海船模型速度Vm=1.75m/s,L=6.0m,
,湿面积
,缩尺比
,试验水池水温为
,测得总阻力
,该船形状系数K=0.023,试比较用三因次换算法和傅汝德换算法求得的实船总阻力大小(海水温度
)。(2010年7月第37题,15分)
海水
淡水
解:
1)傅汝德法
(1)准备计算
①实船船长
②实船湿面积
③实船航速
(2)计算雷诺数
(3)计算摩擦阻力系数
(4)计算摩擦阻力
(5)计算剩余阻力
(6)实船总阻力
2)三因次法
(1)船模船体阻力系数
(2)实船船体阻力系数
(3)实船船体阻力
第3题:某客货船装有轴功率为2000马力的主机,正常航速为12节,因锅炉故障,致使主机功率下降12%,试估算航速下降的百分比。(2011年7月第35题,10分)
解:方法一
由海军系数
,得
仅PM下降12%,可认为海军系数CM不变,则有
,又
所以
,即航速下降约4%。
方法二
由海军系数
,得
仅PM下降12%,可认为海军系数CM不变,则有
,得(V1-V)/V=-0.042
即航速下降约4.2%。
第4题:已知某内河双桨高速船当航速VS=60公里/小时,其阻力R=72.9千牛顿,螺旋桨直径D=1.0米,转速N=900转/分,现测得船后桨轴上的转矩QB=9.0千牛顿·米,且螺旋桨的敞水性征曲线为
KT=0.63-0.45J   KQ=0.12-0.08J
若取相对旋转效率
=1.0,水密度
=1000公斤/立方米,试求:
(1)该船的伴流分数和推力减额分数;
(2)该桨的实效螺距比和零转矩螺距比。(2011年7月第36题,15分)
解:(1)求该船的伴流分数和推力减额分数
①敞水桨消耗的转矩QO
QO=QB
=9.0×1.0=9.0(KN·m)=9000N·m
②转矩系数KQ
③进速系数J
当KQ=0.12-0.08J=0.04时,得
J=1.0
④进速VA
,得VA=JnD=1.0×(900÷60)×1.0=15(m/s)
⑤伴流分数ω
⑥推力系数KT
KT=0.63-0.45J=0.63-0.45×1.0=0.18
⑦推力T
⑧推力减额分数t
(注意:双桨,每个桨的有效推力为船阻力的一半)
(2)求该桨的实效螺距比和零转矩螺距比
①实效螺距P1为无推力进程,实效螺距比即为无推力进程系数J1
当KT=0.63-0.45J=0时,J1=1.4,即实效螺距比为1.4。
②零转矩螺距P2为无转矩进程,零转矩螺距比即为无转矩进程系数J2
当KQ=0.12-0.08J=0时,J2=1.5,即零转矩螺距比为1.5。
附加题: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 r/s ,测得船后桨消耗的转矩QB=2998.8N
m ,该桨敞水性征曲线为KT=0.5-0.5J ;KQ=0.06-0.05J 。若相对旋转效率
,水密度
=1000kg/m3 ,试求:
1)桨的伴流分数
和推力减额分数t ;2)船的有效马力PE和螺旋桨的推马力PT ; 3)螺旋桨的敞水收到马力PD0 。
解:1)求敞水桨消耗的转矩Q0
Q0=
QB=1.0
2998.8=2998.8N
m
2)求敞水桨的转矩系数KQ
KQ=
=0.030
* Q即为Q0
3)求进速系数J
由KQ=0.06-0.05J ,得J=(0.06-KQ)/0.05
=(0.06-0.030)/0.05=0.60
4)求进速VA
由J=VA/nD ,得 VA=JnD=0.60
10
1.0=6.0 m/s
5)求伴流分数
=1-
=1-6.0/7.5=0.2
6)求推力系数KT
KT=0.5-0.5J=0.5-0.5
0.60=0.2
7)求推力T
T=KT
=0.2
1000
=20000 N
8)求推力减额分数t
t =
=0.10036
9)求有效马力PE
PE=RV/75=
=183.6 hp
10)求推马力PT
PT=
=163.3 hp
11)求敞水效率
=0.637
12)螺旋桨的敞水收到马力PD0
PD0=
=256.4 hp
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