CB/Z 257-90 Design and calculation method of Cavitating propeller.
1.主题内容和适用范围
1.1主题内容
CB/Z 257规定了水面舰艇空化螺旋桨的图谱设计法，并着重讨论在设计中必须用到的-些修正和实船试航中出现的一些问题的处理措施。
1.2适用范围
CB/Z 257适用于高速水面舰艇、快艇空化螺旋桨的设计计算:
2.术语、符号、代号(见表1)
3.空化蝴旋桨设计的一般条件和原始数据之选择
3.1空化蝶旋桨的设计任务书
设计任务书通常应包括下列内容:
3.1.1船体方面
a、船型、船型系数和主尺度
b、船体阻力曲线或有效功率曲线
c、初纵倾与航行纵倾
d、螺旋桨之最大允许直径
e、桨盘中心之浸水深度
f、船体与螺旋桨之间的相互作用系数
g、船体、桨、轴系及其他附件的布置图，并标明轴之斜角、附件尺寸及相对位置。

中国船舶工业总公司指导性技术文件CB/Z257-90
空化螺旋桨的设计计算方法
Design and calculation method of Cavitating propeller1989-11-13发布
1989-11-13实施
中国船舶工业总公司批准
中国船舶工业总公司撑导性技术文件空化螺旋桨的设计计算方法
Design and calculation methodof ravitating propeller.
1.主题内容和适用范围
1.1主冠内容
CB/2257-90
分类号：U11
本标准规定了水面舰艇空化婦旋浆的图谱设计法，并着重讨论在设计中必须用到的一些修正和实船试航中出现的一些间题的处理措施。1.2适用范用
本标准适用于高速水面舰艇、块艇空化螺璇桨的设计计算。2.术语、符号、代号（见表 1）表1
术语、符号、代号
聚叶旋转产生的离心力
螺旋桨的直径
螺旋浆之毅径
：叶与船体间的最短距离
「作强度校核的切面所在处之直径螺靛浆的伸张面积比，简称盘面比叶切面切口之面积
10.5144Va/
「叶片重量
排水体积费氏数
重力加速度
！盘面中心处的浸水深度
V /nD-
进速比
斜流中的名义进速比
Jgcos8/(1-
( Jay x
（J）min
进速比
sincos)
斜流中等价切面的最大进逆比
！斜流中等价切面的最小进速比叶面空化消失的临界进速比
植祸空化起始的临界进比
！背空化产生的临界进速比
！全空化产生的临界迹速比
中国船舶工业总公司1989-11-13发布斜流中的真实
1989-11-13 实施
轴斜角修正系数
CB/Z 257-90
I'Tp'n\p4
--—螺旋浆模型的推力系数，
I / pn\D螺旋浆棋型的扭矩系数K实浆推力系数
1 akg -实浆扭矩系数
斜流角为白时的浆琪轴向推力系数！斜流角为?时的浆模扭矩系数
「斜流中作用在爆旋桨上的坚力系数安全系数
「斜流中螺旋桨的升力系数
「斜流中螺旋桨产生的升力
「魔转阻力产生的弯矩
推力产生的弯矩
对叶切面·长主轴X的总弯矩
对叶切面短主轴Y的总套矩
1主机每分钟的转数
1螺旋浆的转
1斜流中螺旋浆的相当转连
[螺距
浆盘面中心处的静压
大气压力(Pa=101301)wwW.bzxz.Net
「水的饱和蒸汽压
脉动压力叶额分盘的半幅值
「推逃系数
1螺璇浆之扭矩
「船之祖力
[螺旋桨半径
叶切面位置的半径值
「锁累螺旋浆之阻力
！自由旋转螺旋浆之阻力
「叶片重心距桨轴中心线的距离『推力
「有效推力
「推力减额分数
1斜流中螺旋桨产生的竖力
「螺旋桨之进琏
【船速
空蚀判弱
n Inat
CB/Z257-80
「斜流中前进方向的来流速度
「伴流分数
等价切面的相对半径
任意切面的相对半径
【叶数
睾轴数
过桨轴的船廉纵线与桨轴之夹角「巅向与桨轴之间的夹角
1螺距角
「斜流角
！推力相关因子
「扭矩相关因子
[效率相关因子
1本之密度
」空化数
聚叶旋转过程中的租位角
[船之排李体积
「船后桨之推进效率P/P。】
【螺旋萃散水效率
[般身教事
！相对旋转效率
轴系效辫
速器效率
传输效率(：）
「主机装船效率
「功率储备系数
3。空化螺璇桨设计的一般条性和原始数据之选择3.1 空化螺旋案的设计任务书
设计任务书通常应包括下刻纳容：3.1.1骼体方面
a、船型、船型系数和主尺度
b、船体阻力曲线或有效功率曲线C、初纵频与航行纵频
d、螺族奖之最大允许食径
e、浆盘中心之浸水深度
f、船体与螺能桨之间的相互作用数g，体、浆、轴系及其他附伴游布盘图，并标明轴之斜角、附件尺寸及相对位蜜誉ts
3.1.2动力装置方面
8、主机额定转速及功率
b、主机外特性曲线、限制特性曲线心、减速器速比
d、桨轴数
CB/Z257-90
e、机械损失系数及机舱环境温度和背压修正系数f，主机功率储备
由于任务书中上述数据不一定齐全，故下列几节讨论确定一些原始数据的方法。3.2 螺旋浆与期体的相互作用系数3.2.1伴流分数
图谱设计只考虑平均伴流：
0.5144Va-Va
给定船逆和伴流就能求得进速的平均值：W_=0.5144V。(1-W-)
式中 V。 船速,kn;
V—浆盘面上进速的平均值，m/s。依据舰艇类型确定伴流分数的方法分述如下：(3·1)
(3 : 2)
α、大型舰只：用自航试验确定其伴流值，初步设计时凭经验取值，一般双桨高速舰W=0-0.05。b、平轴快艇，由于其屉部平坦，对水流扰动小；艇体短，航速高，摩擦伴流小；波浪伴流及压力伴流常为负值，故总伴流分数=0。C、辩轴快艇：按伴流的定义，这类脏的伴流分数研=。为用轴向流中试验所得之图谱来设计斜轴快艇上的桨（处于斜向来流中工作），引进拟以伴流分数来修正斜流的影响。但在计算中仍简称为伴瓷分数。
在计算斜轴快艇的伴流分数时，只考虑流动方向改变所带来的影响。显然，叶离艇底最近的一点上的来流应平行于艇底纵剖线，设此处来流与轴线的夹角为1，叶梢离艇底最运一点处的来流己不受艇底影响，来流应是水平方向的，设它与轴线的夹角为α2、令g(a1+α2)
为桨盘面上各点进流方向与桨轴夹角的平均值，称之为斜流角（见图1）式中=β+βs
桨轴与经过该处的艇底纵剖线之夹角；α=B+β
故计算斜流角的公式为
浆轴与水平面间的夹角。
-(βs+βr)
式中B
浆轴中心线与基线之夹角，（°）；过桨轴中心线的纵剖线与基线间的夹角，【°）：航行纵颜角，【°）。
按伴流分数的定义有：
Va-Vacos ?
(3·3)
(3· 4)
(3· 5)
水平线
船康纵剖线
3.2.2推力减额分数
CB/Z 257-90
水平线
在船后工作的螺旋浆使尾部绕流加速而引起的阻力增期，要以媒旋奖的推力得到补偿，使桨的有效推力减少。用推力减额分数来度量这种推力减少：T-R
Ta-R=(1-t)T
推力减额分教：
T 螺旋桨的总推力。N:
，T。，螺蕨桨的总有效推力，HR——船的总随力，N。
现分三种情况确定推力减额分数a大型高速舰：用自航试验来确定。初步设计时取t=0.02~0.08（双染高速舰)。b 平轴快艇：t=0
(3 · 6)
(3· 7)
C斜轴快艇：先按3·2I·C条确定架轴中心线与赋向间的夹角az，再按下式计算推力减额分数
CB/Z 257-90
桨轴中心线与航向间的夹角，（°）；J= VarnD
上式中之
逃速比；
旋浆之进速，I/s;
螺旋浆转速，1/s:
旋桨之直径，
是把轴向推力投影到航向上时的推力损失257.3
(3·8)
)2为横向力在航
向上的投影，由于这力的方向与推力相反，使桨之有效推力减小，所以妇入推力减额的名下，总称拟似推力减额(见图2)。
3.3推进效率与推进系数
3.3. 1 推进效率
为衡量船后的效率，进推进效率的概念，其定义为舰船的有效功率与船后桨收到功率之比值n=Pe/Pp
按定义有：
舰船的有效功率，kw;
操旋桨收到功率，k。
T。V。
2元n。Q。
TV/2rnQ
T。 V。 /2nn。 Q。
n-lh'nr
凡带有足标\。“的量部指敞水中的值，不带足标\。“者为船后值。武中
船之翌力，N;
T——— 螺旋桨之推力，H
Q—螺旋浆之扭矩，N·
T。 V
{1 - t)
TValTe v。
2:n。Q。
桨之蔽水效率；
船身效率：
相对转效率。
(3 · 9)
(3·10)
相对旋转效率，因来流不均匀性所引起，故又称为水流不均匀性影响系数。对快艇而言，常取-=1.0。
船身效率取决于t和计t之值，对大型舰来说，婴由自航试验来决定。对平轴快艇！h=1.0。对斜轴快脑有：
3.3.2推进系数
CB/Z 257-90
推进系数P，C定义为船的有效功率Pe对主机制动功率P之比值：P·C=Pz/Pz
按3.3.1所述，可把推进系数分解戒：式中
P.C=np-nh+ r+ Ia na'Iinat
轴系效率：
减速器效率，
(3-11)
(3· 12)
(3 · 13)
主机装船效率。
在设计中.常把。和a之乘积称之为传输效率nT,表示主机功率从主机经减速器、推力轴承，倒车装置、中间轴承及尾轴管等传到螺旋桨途中所受的损失，其值-搬为：n
3·4主机装船效率和功率储备
0.97（无减速器）
0.94 （有减速器）
3.4.1生机装船效率
主机装后，其工作环境有别于试车台周围环境，其中最明显的差别是环境温度，切不可忽略其影响，设计者必须从主机生产厂家了解情况。主机装船效率Ⅱ工t表示主机装船后在设计转连下能发出之功率与额定功率之比。
3.4.2功率储备
功率储备是为使主机安全运转、延长主机寿命、增加艇的机动性而留的功率裕量，为使计算表格化，引入功率储备系数，其值为在设计转速下，主机的可用功率与额定功率之比值，若在设计任务书中无此项数据，可根据\主机-浆配合\一节所定的原则自行选择。在一般情况下，0.95-0.92。
4、空化殿、空化衡准、螺旋浆水动力特性之表达、相关因于4.1空化数
染叶上产生空化，特别是当空化发展到足以影响螺旋桨的推、扭力特性时，空化数成为相以推厕中锻为垂要的参数。
空化数定义为：
Pa=Pa+ p gh
P_=101301 N/m2
Pu=1667 N/m2
浆盘中心处之静压，H/层3：
标准大气压；
水温为15℃时水之饱和蒸汽压；桨盘面中心商水面之距离，；
(4 - 1)
水之密度：kg/n;
CB/ 257-90
重力加速度，其值为9.80B65s2；螺旅桨进速，m/s:
分析螺旋桨性能，常用0.7R处叶切面上的局部空化数，其值为：go.
V20. 7R=V2+(0.7nD)2
烯旋桨转速，1/s;
浆盘面0.7R处来流合速度之平方：螺浆直径，，D=2R。
和0.之间的关系为：
00,7R=
0.7元、
J=Vi/nD·为螺旋桨的进速。
设计螺旋浆时，常按图谱所给的空化数计算髂速，以避免内推所带来的误差：Vo-2.749
4.2空化衡准
Pa+ Pgha-Pu
(4· 2)
(4·3)
(4· 4)
设计螺旋桨时，判别设计工况下桨之空化型态非常重要。各种空化爆旋桨系列图谱资料中都有按试验时观窦到的空化型态而绘制的空化衡准曲线如图3。图中面空化衡准曲线系指面空化谢好消失（试验时J由大到小）时的临界线，此线以下无面空化。梢涡空化衡准綫系指叶梢处刚刚形戚可见的螺旋形梢空化时的临界线，此线以上无梢涡空化。背空化衡谁线是指梢渴空化例刚扩展到叶背时的临界线，此线以上无背空化。全空化衡准线是指空化正好掩盖整个叶背时的临界线，此线以下为全空化。
对上述衡准线分别给出了它们对空化数α、螺距比P/D。盘面比(EAR)的三元回归表达式：面空化衡谁线：
Jpc=-0.2562+0.9813(P/D)+0.0418 (EAR) - P/D · g捐空化衡准线：
Jtc= 0. 1205+0. 8645 (P/D) -0. 1482 (EAR) + α背空化谢准线：
全空化衡崔线：
Jsc= 0.0974+0. 8246 (P/D) -0. 1482 (EAR) + αJsc=0.2500+1.0023(P/D)-0.2070(P/D)2，o+B.0323(P/D)3g面空化消失时的临界进逆比：
Jre—涡空化产生的临界进速比；Jac
背空化产生的临界进速比；
全空化起始的临界进速比；
螺距比；
空化数。
(4 · 5)
(4·6)
(4 ·7)
(4 · 8)
CB/Z 257-90
EAR 100
CB/Z257-90
由上述关系可知，在设计空化螺旋浆时合理地调整盘面比和爆距比的数值，即可改变桨的空化形态，从丽达到控制桨的空化形态和防止空蚀之产生。4.3空化螺境浆水动力特性的表达在保证模型与实桨间的J、相同，模型试验的需诺数Re大于5X×105时，则它们的无量纲水动力系数是相等的。这些水动力系数是：推力系数：
扭矩系数
因而它钉的效率也相同，因为效率与KT、K间有下列关系：np=
螺旋奖的推力系数；
螺旋桨的扭矩系数；
璐旋桨的效率；
J=We/nD
螺旋桨的进速比
螺簇桨的推力，H;
螺族桨的扭矩，以·
螺旋浆的转速1/si
螺旋桨之直径，mi
(4 -9)
(4 - 10)
(4·11)
水之窃度，kg/m2。
通常是将模型试验所得之KT，K和n，就不同的P/和FAR作为J的函数绘成曲线，其中另一变量作为参数形式出现，每个空化数为一条曲线，总称为螺旋桨的空化特性曲线（参见附录A）。如在斜流中做空化试验，则其空化特性曲线多了一个参数——斜流角白（°）,见附录B。4.4朝关因子
为了提高设计精度，正确琐报航逮，特引入下列相关因子来表达这种棋型与实浆间的性能差别：=K-r/或Ka=KT
α-Kaa/K或Kaa= t aka
Sn =npa n,na-tn -lp
tr. sa、tn
推力、扭矩、效率相关因子；
KTa、 Knsv pa
Kr、Kaa
实桨推力系数，扭矩系数和效率；模型桨的推力系数，扭矩紊数和效率。图4给出尖艇的相关因子与空化数的关系。用法如下：(4 - 12)
(4·13)
(4 -14)
a 在轴向均流或斜流角日(5°时，取1=g=0.98。b用轴流的空化试验绪果设计斜流空化桨，而9=10~13°时，按图4(a)中的曲线取、5之值。
℃用斜流空化试验结果设计斜流浆时用图4(b)。5.空化螺旋桨的初步设计
初步设计有下列三种类型：
CB/Z257-90
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