海洋拖網(wǎng)漁船拖力的計(jì)算

經(jīng)常會(huì)有人問“漁船拖網(wǎng)時(shí)的拖力怎么計(jì)算”？簡單的回答是螺旋槳推力減去船體的阻力即為拖網(wǎng)的拖力。因現(xiàn)在船舶設(shè)計(jì)都采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，只要填寫好相關(guān)的參數(shù)，其所需結(jié)果會(huì)自動(dòng)生成，這拖力也不應(yīng)例外。但值得注意的是，實(shí)船拖力的大小與螺旋槳設(shè)計(jì)的優(yōu)劣密切相關(guān)，螺旋槳設(shè)計(jì)的好壞又與設(shè)計(jì)參數(shù)的選取有直接的關(guān)系，現(xiàn)把手工計(jì)算的程序簡介一下，也許會(huì)對使用CAD的設(shè)計(jì)有一定的幫助。

一、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

1、船體參數(shù)

螺旋槳設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到船機(jī)槳相互匹配，所需提供的船體參數(shù)有：設(shè)計(jì)水線長LWL(m)；垂線間長LPP(m)；型寬B(m)；設(shè)計(jì)吃水d(m)；方形系數(shù)CB；棱形系數(shù)CP；滿載排水量△(t)。

有了船體的上述參數(shù)，可以求出船體在不同航速V(kn)下的有效功率PH=f(V)曲線或表。該曲線或表是螺旋槳設(shè)計(jì)所必需，也是求取不同航速下拖力所必需。設(shè)計(jì)時(shí)可將有效功率PH提高15%～25%作為航速儲(chǔ)備來計(jì)算螺旋槳，以消減計(jì)算過程及螺旋槳制造過程當(dāng)中的誤差。

2、主機(jī)及齒輪箱參數(shù)

螺旋槳設(shè)計(jì)所需提供主機(jī)及齒輪箱的參數(shù)有：主機(jī)型號；主機(jī)數(shù)量z；單機(jī)額定功率PB(ps)；額定轉(zhuǎn)速NH(r/min)；旋向；外帶輔機(jī)功率PF(ps)；齒輪箱型號；減速比i。

二、螺旋槳設(shè)計(jì)條件

螺旋槳設(shè)計(jì)的條件需要綜合考慮事先選定，主要有：

1、選擇設(shè)計(jì)工況：螺旋槳可以按最佳航速、最佳拖力、最佳航速與最佳拖力折中、限制直徑等工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、選擇槳種：設(shè)計(jì)螺旋槳可以是普通槳，也可以是導(dǎo)管槳或可調(diào)螺距螺旋槳。

對普通槳而言，MAU槳效率與其他常用槳效率相當(dāng)，因其給出的是海水、米、節(jié)、公制馬力(ps)的圖譜，不需要另行換算，使用比較方便，故現(xiàn)在普遍采用。

導(dǎo)管槳可以增加推力，且對減小船舶的縱搖有利，比較適合拖網(wǎng)漁船。但也有船東認(rèn)為現(xiàn)在海中漂浮物較多，一旦卡槳會(huì)造成很大麻煩，故不喜歡導(dǎo)管槳。

可調(diào)螺距螺旋槳也有很多優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)及后續(xù)的維修費(fèi)用是漁民不敢問津的主要因素。

3、作業(yè)考慮：根據(jù)統(tǒng)計(jì)，拖網(wǎng)漁船航次作業(yè)的自由航行時(shí)間占30%，拖網(wǎng)時(shí)間占70%。由于拖力大拖速快在單位時(shí)間內(nèi)可增多掃海面積，進(jìn)而提高捕撈效益，按最佳拖力設(shè)計(jì)導(dǎo)管槳是比較理想的方案。但有些船東并不認(rèn)可這樣的設(shè)計(jì)，故本計(jì)算介紹按最佳航速進(jìn)行普通槳的設(shè)計(jì)。

4、槳型：MAU。

5、葉數(shù)：4，根據(jù)具體情況，可以選擇3、4、5葉螺旋槳，本例題選擇4葉槳。

6、槳數(shù)：z，槳數(shù)與主機(jī)數(shù)相匹配，現(xiàn)漁船上多是單機(jī)單槳，還沒有雙機(jī)并車的漁船。

7、結(jié)構(gòu)：整體式，整體式較組合式效率高，可調(diào)槳僅在大型拖網(wǎng)加工船上有個(gè)別采用。

8、材料：Cu2，該材料軟硬適中。

三、其他計(jì)算參數(shù)

1、伴流分?jǐn)?shù)：w＝0.77Cp-0.28，此單槳拖網(wǎng)漁船公式。W過大或過小都不能發(fā)揮主機(jī)功率，但偏大取為宜，可以使主機(jī)負(fù)荷輕，容易達(dá)到額定轉(zhuǎn)速NH；取值偏小效果相反。

2、推力減額分?jǐn)?shù)：t＝0.77CP-0.30，此單槳拖網(wǎng)漁船公式，其分布情況為，在系樁時(shí)其值為0.03或0.04，設(shè)計(jì)航速時(shí)其值為t，其中間的航速時(shí)直線插值，超過設(shè)計(jì)航速t值不變。

3、船身效率：ηH＝(1-t)/(1-w)。

4、相對旋轉(zhuǎn)效率：ηR，一般取值為1.0。

5、軸系傳遞效率：ηS=∑ηSi；其中ηsi為軸系各部位的傳遞效率：單級齒輪箱取為0.975，雙級齒輪箱取為0.950，中間軸承取為0.998，推力軸承取為0.990，艉軸管取為0.990。中機(jī)型直接傳動(dòng)者，可取ηs=0.97，艉機(jī)型直接傳動(dòng)者，可取ηS=0.98。

6、功率儲(chǔ)備系數(shù)：c，一般取(10%～15%)。

7、螺旋槳收到功率：PD＝〔(1-c)PB-PF〕ηS(ps)。

8、螺旋槳轉(zhuǎn)數(shù)：N＝i NH(r/min)，i為齒輪箱的減速比。

四、船舶有效功率曲線計(jì)算

船體主要參數(shù)確定之后，其有效功率曲線PH=?(V)可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成，亦可以手工計(jì)算或參考母型船進(jìn)行換算，其計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 船舶有效功率曲線表PE=?(V)

五、有效推力及可達(dá)航速計(jì)算

按最佳效率槳計(jì)算推力及航速，已知條件有：螺旋槳數(shù)z ；轉(zhuǎn)速N(r/min)；收到功率PD(ps)；功率系數(shù)N PD0.5；船身效率ηH；相對旋轉(zhuǎn)效率ηR，其計(jì)算程序見表2。

表2 有效推力及可達(dá)航速計(jì)算

六、螺旋槳空泡校核

螺旋槳空泡校核可以按設(shè)計(jì)手冊或教科書進(jìn)行（校核過程 略）。但其有簡化校核的技巧：

1、可以只先算MAU4-40，如空泡校核已經(jīng)滿足，就不必另行插值計(jì)算最佳葉面比的螺旋槳。因?yàn)樵O(shè)計(jì)和建造都會(huì)有一定的誤差，其精度沒有達(dá)到100%的。

2、如MAU4-40不滿足空泡要求，再按其差值的大小補(bǔ)算一個(gè)MAU4-55或MAU4-70槳，然后進(jìn)行插值求滿足空泡的葉面比。

3、用滿足空泡的葉面比插值出來的D、P/D、ηO即為設(shè)計(jì)螺旋槳的參數(shù)。

4、導(dǎo)管槳的空泡校核：AE/AO≈PD/(0.7ND3)，也可按普通槳所需投射面積AP增加10%～15%處理。

七、螺旋槳強(qiáng)度校核

按規(guī)范要求進(jìn)行(校核過程 略)。

八、低于設(shè)計(jì)航速推力的計(jì)算(按表3)

已知條件有：伴流分?jǐn)?shù)w，推力減額分?jǐn)?shù)t，螺旋槳收到功率PD(ps)，轉(zhuǎn)速N(r/min)

螺旋槳直徑D(m)，螺距比P/D，設(shè)計(jì)航速V(kn)，有效功率曲線或表。

表3 低于設(shè)計(jì)航速推力的計(jì)算

九、螺旋槳設(shè)計(jì)總結(jié)

收到功率PD(ps)；設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速N(r/min)；設(shè)計(jì)航速V(kn)；槳型MAU4；葉面比AE/AO；直徑D(m)；螺距比P/D；轂徑比d/D；轂長l(m)；縱斜角θ(°)；敞水效率ηO；系樁拉力FP0(kg)；X節(jié)拖網(wǎng)拖力FT(kg)；估算質(zhì)量GP(kg)；轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩：IP(kg.cm.s2)；旋向；材料Cu2 ；螺旋槳個(gè)數(shù)(只)。

十、結(jié)論

按照上述程序計(jì)算出的螺旋槳是不會(huì)有問題的，其拖網(wǎng)拖力也真實(shí)可信，如果需要還可以計(jì)算出F=?(V)的拖力曲線或表，供不同拖速插值使用。

拖網(wǎng)漁船螺旋槳的設(shè)計(jì)與拖輪螺旋槳的設(shè)計(jì)有諸多相似之處。例如，港作拖輪沒有航程的緊迫要求，應(yīng)以追求拖力為主故要按最大拖力工況設(shè)計(jì)；救助拖輪航程較遠(yuǎn)且時(shí)間緊迫應(yīng)以追求航速為主故要按最佳航速設(shè)計(jì)。拖輪可以依據(jù)被拖船只參數(shù)計(jì)算出拖帶速度及拖力，而拖網(wǎng)漁船因網(wǎng)具的深度、底質(zhì)及漁獲物的多少不同其阻力是不可預(yù)估的，故只能在設(shè)定拖速的情況下求出拖力。

另：因?yàn)槟０逶?，本文涉及的公式里有下?biāo)的都無法顯示，大家可以看表格里的標(biāo)注的。