关于螺旋桨系列图谱的说明

文集中收集了约10个螺旋桨系列图谱及一些设计船用推力器的辅助图表，其来源大致有三类：第一类是在引进产品的分析试验和实船运行情况的基础上拓展所得；第二类是直接由国外文献或技术交流中取得，从便于工程实用的目的，加以整理后所得；第三类是根据国内研发需要，提出的全新系列。其中有的系列包含了上述三类渊源。

所有的图谱系列中，都包含有国内螺旋桨模型试验和实船航行的历练，即至少有一例该系列中的方案经实船考核认可。其中有的系列经长期、多次反复推敲，等待有了实船应用后的回应，才决定推荐发表。

总之，推出的图谱既有吸收外人经验的影子，也都有自己的创意，是在国内各有关军民厂、院、所的协助下，才能取得的。各个系列图谱的命名中，凡与国外有关的，无论初始依据是螺旋桨的几何图纸，还是测绘数据，都有所表示。例如，“Eu”是源自欧洲，“RS”是源自苏联。由单件产品开拓成系列，都经国内自行设计加工模型及进行试验。系列中的所有推进、空泡性能数据，都系由国内试验报告中所得，主要由上海交通大学空泡实验室报告采集。

为开发当代舰船需要的高效、减振、低噪声螺旋桨，制订原始方案时，当然应该利用现有理论计算方法，更需要借鉴前人和外国的已有经验。从20世纪70年代美国率先研发6叶大侧斜螺旋桨，提供的“6叶大侧斜螺旋桨设计和鉴定”报告[6]中的总共160页正式文稿中，除3页理论计算外，其余均为物理、工程概念分析和试验资料。因此，从推动船用螺旋桨流体动力性能技术进步的角度，工程中的物理概念深化和技术经验（包括模型试验）应该得到优先考虑。和在《船舶原理手册》[3]中，苏联人不讳言借鉴荷兰B系列螺旋桨一样，在开发文集中的螺旋桨时，总希望能在别人已有成功经验基础上攀高一步。为此，首先要弄清楚别人方案的得失之点，并有何种改进的可能。当然任何船用螺旋桨，从推进、振动、空泡、噪声角度看，都“没有最好，只有更好”。进行改善的创意，除应该有针对性外，特别重要的是，要经受工程实践的检验。只有在实践发话以后，才可能进行系列螺旋桨的开发。例如，SQ-5系列5叶低振螺旋桨的开发，就试图吸收美国6叶桨[6]和苏联4叶桨[3]减振长处和剔除某些短板。甚至在系列模型试验工作完成后，还要等装船实用的机会，及随后长期实船运行的考验，才能得出初步评价，整个周期可能是若干年。文集中也有是从国外收集并经重新整理绘图的资料，也须经用做设计依据所得桨装船运行后，适用性获得证实，才收入本文集，例如RSM475系列螺旋桨。

需要说明的是，文集中部分系列螺旋桨图谱的数据，是在可调螺距螺旋桨试验资料基础上，整理开拓得到的。为适应船舰（和主机）的具体航行要求，通常为每艘（型）舰船设计专用螺旋桨，无论定距桨还是调距桨，都是以达到技术任务书规定的交船快速性指标为目的，满足船—机—桨匹配等要求。当投入运行后，随着时间的迁移，船体阻力、主机输出功率和螺旋桨自身的性能都发生变化，原来的匹配环境变了，需要调控螺旋桨，来适应船体和主机的当前状态。利用调距桨，让桨叶绕转叶轴转动（调距），来完成这种调控，是可用的办法之一。工程实践显示，技术性能良好的调距桨，经转动桨叶（调距）后，通常性能表现仍然良好。说明在一定转角范围内，螺旋桨的性能曲线KT、KQ-JP仍保持原有的优良关系。

其实桨叶绕转叶轴转动之后，本身形状并未改变，只是以桨轴为中心线的圆柱面与桨叶的交会线发生了变化，在圆柱面内看到的桨叶剖面变形了。形状未变的整片桨叶转动一个角度，与原来相对半径r剖面螺距角发生变化的同时，剖面弦向各点的半径位置也发生改变，转离了原来的半径r，在圆柱面内出现了所谓“畸变”。剖面螺距角变化和离开原设定半径，哪一种改变对螺旋桨性能的影响是决定性的呢？计算桨叶剖面调距后的螺距角变化值与原本的螺距角值比，得螺距角的相对变化量；计算所谓畸变，即桨叶剖面半径位置的变化值与原本的半径值比，得半径位置的相对变化量。将两个相对变化量比较，前者比后者大1～2个量级。因此，在绕转叶轴转动桨叶±3°范围内，即在原设计螺距比P/D=1.4的桨叶在P/D≈1.57～1.25之间转动时，认为影响桨性能的关键因素是螺距角变化，而不是畸变。

根据上述理念，当桨叶绕转叶轴转动后，将原本在各r半径圆柱面内的桨叶剖面“拉”回到原来的圆柱面内，保持其转动后的螺距角，忽略“畸变”。认为这样得到的螺旋桨，与调距后的实际调距桨的性能相同。这种推定是否成立，有待检验，特别是实船应用的检验。基于以上想法，在多型舰船螺旋桨的研发中，先利用调距桨在各转叶后螺距角位置的性能数据，设计新螺旋桨，并按桨叶转动角度，确定新桨各半径r处的螺距比P/D～值，保持剖面拱度比（线）不变，按桨叶强度要求确定桨叶厚度。这样得到的螺旋桨，有的经过制作模型试验，有的直接装船。实船运行证实，所有按上述方法设计的螺旋桨，都不逊于原来的调距桨范本。在推进性能、空泡减振等方面，与范本的表现相当。文集中的JQ 581等系列螺旋桨，就是如此推出的。

顺便指出，系列中的螺旋桨，有定距桨也有调距桨，它们的桨毂相对直径不同。只要在≥0.35以外，几何参数完全一样的模型桨，在不同时期和不同实验室，试验所得KT、KQJP曲线及空泡性能之间的差别，都在模型试验误差范围之内。当毂径比rh在0.2～0.35之间，未发现对实船快速性有明显影响。

由于当代船用螺旋桨大多是径向变螺距的，螺距比P/D与相对半径r的关系P/D～，是综合考虑船航速、螺旋桨载荷等因素后选定的。只有当桨叶绕转叶轴转动角度不大时，螺旋桨才保留着原有的性能优势。故由转叶后的调距桨试验数据，开拓出来的系列桨的表征螺距比P/D=（P/D）r=0.7的高低差在数值Δ（P/D）=0.4～0.5间，而常见的荷兰B系列或日本MAU系列桨的螺距比高低相差在Δ（P/D）=0.9～1.2。故这种由调距桨开拓而得到的系列桨服务的舰船对象面也较窄，只有在合适条件下，才在效率、空泡、振动等方面有优势。

20世纪80—90年代起，美国、德国、苏联的一些有减振、降噪、抗蚀技术要求的船用螺旋桨，图纸上标注了=1.0叶梢处的剖面宽度等，从而有了更精准地控制桨叶梢部形状的条件。至少有了按ISO 484国际标准，通过模板或仪器检测螺旋桨叶梢的可能。21世纪以来，有些国外厂家提供的船用螺旋桨，图纸中标注了=0.99处的桨叶剖面型值和类似叶随边抗鸣边的桨叶梢部横截面图。

在给出桨叶梢=1.0处剖面的宽度、拱度和厚度之后，该翼型剖面与桨叶吸力面、压力面交会处形成棱角。与剖面基准线方向大致相同的桨叶绕流，经过叶梢时，受棱角的影响，将出现随水流而下的涡线及翻越棱角二次流[14]带来的相应负面效应。因此，和处理桨叶导边和随边类似，也须对桨叶梢修饰。

基于以上对桨叶梢部的讨论，参照一些桨叶梢部流动观察和物理效应的试验[12、13]和实桨叶梢工程处理实践，推荐以下两种处理桨叶梢=1.0处剖面的办法，在保持叶梢剖面基准线不动的条件下，对棱角部分进行削除。其一，以叶梢=1.0剖面弦向各处局地厚度的一半，即t/2作为半径，制作扇面小于180°的模板，将剖面棱角部分削除，切削到模板接触基准线，如此形成的叶梢脊，称为泥鳅脊，如附图1所示。第二种办法是，保持剖面基准线的宽度为0.2mm，将桨叶背、叶面切削出高约20～30mm直线坡，形如斧口，称为斧口脊，如附图2所示。

附图1 泥鳅脊

附图2 斧口脊

总的来说，“泥鳅脊”是2008年某型船的螺旋桨设计中提出来的，到2012年看到国外产品中有类似举措，尚未得到工程实践验证；而“斧口脊”是上个世纪末在国外7叶大侧斜螺旋桨图纸上看到的。可以预期：它们会给螺旋桨的减振、降噪性能带来有益的效果。

照例，螺旋桨系列图谱中应包括螺旋桨性能KT～JP、KQ～JP等数据及空泡情况的表达。可供设计人员选择适用于指定舰船的螺旋桨方案。当然，还必须提供确定螺旋桨叶形状的几何数据，可以用来加工制造螺旋桨。为此，应有螺距比P/D、叶剖面拱度f、宽度C、厚度t、空间位置等数据沿径向的分布情况，能得出唯一特定的螺旋桨。