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摘 要：螺旋桨是一种反作用式推进器。当螺旋桨转动时，桨推向水后（或向前），并受到水的反作用力而产生向前（或向后）的推力，使船舶前进（或后退）。螺旋桨对船舶的性能有着重要的影响，本文通过对实船进行对比验证的方式，在相同的航行环境下，对除了螺旋桨位置以外其他船体建构均相同的两艘船在航行时的速度、振动和噪音进行对比，来分析螺旋桨后移对推进船舶性能的影响。研究结果表明，适当的将螺旋桨进行后移，有利于提高船舶的性能。
关键词：螺旋桨后移;船舶性能;推动作用;应用
中图分类号：U664.33 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0191-02
节能作为我国国民经济发展中的长期战略目标，是社会各界广泛关注的话题，船舶是众多交通运输方式中载运量最大的一种，当前，造船工作者的一个重要的研究项目就是船舶节能，传统的船舶的节能方式主要是对船舶的主尺度和型线进行优化，但是随着科学技术的发展，在提倡节能减排的新时代，如何用更为简单高效的方式改善船舶的推进性能，更加重要。各国的造船工作者都致力于改善船舶的性能，来实现节能，他们通过研究，总结出来了一系列节能的办法，有些措施已经得到广泛应用。其中，有些学者提出的适当的调节螺旋桨的位置，使其后移，这种方法更加简便实用。
1 实船验证
在实验时，发现一艘在工厂修理的重150t的沿海货船，这艘船所用的螺旋桨是单个螺旋桨，船的航速为11kn。但是，该船在航行期间船体的尾轴发生了弯曲，船东将船舶交给工厂更换尾轴。在更换尾轴时，船东提出了该艘船存在船舶航行时振动过大，并不时伴随有逐渐增大的噪音等问题，并向工厂询问能否找到合适的解决办法。但是，这艘船在制造完成出厂时就存有瑕疵，船体本身有不完善之处，船舶的尾部在航行时振动明显，而且噪音在每隔一段时间就会伴随震动逐渐增加。为了找到有效又简便的解决方法，我们用另一艘船和这艘船进行比照试验。以此船为参照，另一艘船是同一批船只，因此，它的设计和构造等和前一艘船相同，我们把它用4叶桨替换掉了原来的3叶桨。这艘船航行后，与前一艘相比，振动明显减少，也没有明显的噪音，而且航速增加到了12.5kn。
在对两艘船进行对比后，我们试着不更换螺旋桨，而是将螺旋桨后移。如果不改变尾轴线夹角，只将尾轴加长100mm，将螺旋桨沿着尾轴线向后移，但是要保持和舵系的一定距离，这时，就增大了螺旋桨桨叶和船底板之间的距离。将改造后的船下水进行试验，船尾在航行时的震动明显减小，噪音也随之消失，航速增加到了12.5kn。
然后，我们将改变螺旋桨位置的方法在相同类型的新出厂的船舶进行应用。
通过最新的船舶制造工作来证明螺旋桨后移对船舶性能的影响[1]。
建造一艘总长为33m，重量为100t的渔政船，该船为单层连续甲板，主船体采用钢焊接结构建造，船体上层建筑采用铝合金焊接构成。船尾斜尾，方尾，圆舭线型，采用双主机、双桨，在近海航区，螺旋桨是日本MAU型4叶桨，试航速度为16.8kn，船舶性能优越，既无振动，也无噪音。同年，按照同一图纸重新建造一艘新船，其他设计不变，只对螺旋桨的位置精心优化设计，将螺旋桨向后移动170mm。
对该艘新船下水进行试验，得出各项性能的数据，并与母型船进行对比。母型船和新船的试验地点相同，天气和海况也相近，经过优化设计的新船和母型船在排水量、重心高度、航速、振动和噪声等方面的数据有所不同，新船和母型船在排水量、重心高度和振动情况上相差无几，但是，新船比母型船的航速更快，噪声更小。对数据进行对比，不难得出螺旋桨后移对提升船舶的航速、改善噪音等方面具有一定的作用。
2 理论分析
通过以上对船舶的试验，对螺旋桨后移对船舶的性能的作用进行理论分析。
（1）螺旋桨后移使得船舶的有效推力有所增大。螺旋桨具有抽吸作用，因此，螺旋桨在工作时，会使船舶螺旋桨前方的水流加快，由伯努利原理可知，如果水流速度加快，水面压力会随之增大，为了使船舶顺利航行，要降低螺旋桨吸水作用处的压力，这就使得船体压阻力正大，此时，产生的阻力增额为△R。设螺旋桨的推力为T，T包括螺旋桨用于克服阻力的部分R和克服的阻力增额，在这种情况下，T=R+△R。如果螺旋桨后移，增大桨叶和船体间的相对位置，这时，阻力增额△R就会减小，那么T-△R就会增加，螺旋桨用于克服阻力的部分R就会增大，即螺旋桨的有效推力增大，在相同的阻力下，螺旋桨克服阻力的能力得到增强，船舶的航行速度就会变快。螺旋桨的纵向位置会对船舶效率的推进产生十分明显的影响，适当的对螺旋桨的位置进行改变，后移螺旋桨，就会在一定程度上提高船舶的航行效率[2]。
（2）振动减少
船舶的船体和螺旋桨之间相互影响，船对桨产生的影响为伴流，桨对船的影响为推力减额。当船体和螺旋桨的距离增大时，会使伴流和推力数额变小，这个间隙存在一个最佳数值，当船体和螺旋桨的距离达到这个数值时，水流的阻力和螺旋桨的推力就会产生最为合适的状态，船舶的性能就达到最佳状态。在螺旋桨在水中运动时，处于船尾的水流中，水流的阻力和螺旋桨的推力相互作用，就会产生船尾振动，这种振动成为激振力，是在船舶航行时产生的表面力的最主要因素。螺旋桨的安装，要考虑船尾部分的建设，和船体保持一定距离，就能避免过大的激振力的产生。但是，桨叶和船体的距离不能无限增大，或者无限的减小，间隙的变化要在船级社所规定的规范范围内。按照挪威船级社的数据，伴流场、螺旋桨的设计和船尾的吃水情况都和船体的表面压力有关。表面力和螺旋桨的叶梢到船体的距离成反比，间隙越大，表面力越小，产生的激振力越小，这时，船尾的振动就会随之减少，船舶运行更加平穩快速[3]。
（3）噪音减小
在船舶航行的过程中，船舶的激振力越大，船舶的振动越剧烈，舵机的噪音就会更大。以上文实船试验的数据为例，当螺旋桨向后移动170mm时，舵机较改造之前的母型船的噪声减少了2dB，由此，我们可以得出，当螺旋桨后移，螺旋桨的叶梢和船体的距离加大，表面力降低，产生更小的激振力，船体的振动就会更加不明显，产生的噪声就会减小。
3 理论应用
螺旋桨向后移动一方面会使船舶尾轴加长，进而影响到轴的强度，因此，不能为求船舶性能的提高而无限度的将螺旋桨向后移动，而使船舶的尾轴承受能力之外的强度，这样会留下安全隐患，应该对螺旋桨适当后移，进行局部调整。另一方面，对螺旋桨向后移动，调整的是螺旋桨和舵系之间的距离，要求在保证舵机在舱内运作的同时，还要使距离不能过近，给部件维修留下足够的距离进行拆卸。因此，螺旋桨后移是一种有限的移动和局部的调整。
4 结束语
船舶的性能受多方面因素的影响，在研究过程中，提出了在船尾安装前置导管、叶栅导管、水动力叶片等节能装置的方法来提升船舶的性能，但是，增加附带装置的方法不够简便实用，经过试验，我们不难发现，螺旋桨的纵向位置是影响船舶在航行中的性能的重要因素。本文从实船试验展开，对螺旋桨后移对船舶的性能的影响进行了理论研究，并对螺旋桨后移的应用做出了简要的分析，进而得出结论。通过对螺旋桨的位置进行移动，可以对船舶的性能产生影响，将螺旋桨适当后移，就能对船舶进行优化设计，以达到提高船舶的航行速度和节能减排的目标。
参考文献
[1]郑艳玲.螺旋桨后移对船舶性能影响的分析[J].广东造船，201635（3）：62～63.
[2]惠 磊.船舶加速性问题及解决方案研究[J].珠江水运，2016（16）：92～94.
[3]邹 劲，许 杰，孙寒冰，等.考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究[J].船舶，2017，28（1）：21～28.
收稿日期：2018-12-5
关键词：螺旋桨后移;船舶性能;推动作用;应用
中图分类号：U664.33 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0191-02
节能作为我国国民经济发展中的长期战略目标，是社会各界广泛关注的话题，船舶是众多交通运输方式中载运量最大的一种，当前，造船工作者的一个重要的研究项目就是船舶节能，传统的船舶的节能方式主要是对船舶的主尺度和型线进行优化，但是随着科学技术的发展，在提倡节能减排的新时代，如何用更为简单高效的方式改善船舶的推进性能，更加重要。各国的造船工作者都致力于改善船舶的性能，来实现节能，他们通过研究，总结出来了一系列节能的办法，有些措施已经得到广泛应用。其中，有些学者提出的适当的调节螺旋桨的位置，使其后移，这种方法更加简便实用。
1 实船验证
在实验时，发现一艘在工厂修理的重150t的沿海货船，这艘船所用的螺旋桨是单个螺旋桨，船的航速为11kn。但是，该船在航行期间船体的尾轴发生了弯曲，船东将船舶交给工厂更换尾轴。在更换尾轴时，船东提出了该艘船存在船舶航行时振动过大，并不时伴随有逐渐增大的噪音等问题，并向工厂询问能否找到合适的解决办法。但是，这艘船在制造完成出厂时就存有瑕疵，船体本身有不完善之处，船舶的尾部在航行时振动明显，而且噪音在每隔一段时间就会伴随震动逐渐增加。为了找到有效又简便的解决方法，我们用另一艘船和这艘船进行比照试验。以此船为参照，另一艘船是同一批船只，因此，它的设计和构造等和前一艘船相同，我们把它用4叶桨替换掉了原来的3叶桨。这艘船航行后，与前一艘相比，振动明显减少，也没有明显的噪音，而且航速增加到了12.5kn。
在对两艘船进行对比后，我们试着不更换螺旋桨，而是将螺旋桨后移。如果不改变尾轴线夹角，只将尾轴加长100mm，将螺旋桨沿着尾轴线向后移，但是要保持和舵系的一定距离，这时，就增大了螺旋桨桨叶和船底板之间的距离。将改造后的船下水进行试验，船尾在航行时的震动明显减小，噪音也随之消失，航速增加到了12.5kn。
然后，我们将改变螺旋桨位置的方法在相同类型的新出厂的船舶进行应用。
通过最新的船舶制造工作来证明螺旋桨后移对船舶性能的影响[1]。
建造一艘总长为33m，重量为100t的渔政船，该船为单层连续甲板，主船体采用钢焊接结构建造，船体上层建筑采用铝合金焊接构成。船尾斜尾，方尾，圆舭线型，采用双主机、双桨，在近海航区，螺旋桨是日本MAU型4叶桨，试航速度为16.8kn，船舶性能优越，既无振动，也无噪音。同年，按照同一图纸重新建造一艘新船，其他设计不变，只对螺旋桨的位置精心优化设计，将螺旋桨向后移动170mm。
对该艘新船下水进行试验，得出各项性能的数据，并与母型船进行对比。母型船和新船的试验地点相同，天气和海况也相近，经过优化设计的新船和母型船在排水量、重心高度、航速、振动和噪声等方面的数据有所不同，新船和母型船在排水量、重心高度和振动情况上相差无几，但是，新船比母型船的航速更快，噪声更小。对数据进行对比，不难得出螺旋桨后移对提升船舶的航速、改善噪音等方面具有一定的作用。
2 理论分析
通过以上对船舶的试验，对螺旋桨后移对船舶的性能的作用进行理论分析。
（1）螺旋桨后移使得船舶的有效推力有所增大。螺旋桨具有抽吸作用，因此，螺旋桨在工作时，会使船舶螺旋桨前方的水流加快，由伯努利原理可知，如果水流速度加快，水面压力会随之增大，为了使船舶顺利航行，要降低螺旋桨吸水作用处的压力，这就使得船体压阻力正大，此时，产生的阻力增额为△R。设螺旋桨的推力为T，T包括螺旋桨用于克服阻力的部分R和克服的阻力增额，在这种情况下，T=R+△R。如果螺旋桨后移，增大桨叶和船体间的相对位置，这时，阻力增额△R就会减小，那么T-△R就会增加，螺旋桨用于克服阻力的部分R就会增大，即螺旋桨的有效推力增大，在相同的阻力下，螺旋桨克服阻力的能力得到增强，船舶的航行速度就会变快。螺旋桨的纵向位置会对船舶效率的推进产生十分明显的影响，适当的对螺旋桨的位置进行改变，后移螺旋桨，就会在一定程度上提高船舶的航行效率[2]。
（2）振动减少
船舶的船体和螺旋桨之间相互影响，船对桨产生的影响为伴流，桨对船的影响为推力减额。当船体和螺旋桨的距离增大时，会使伴流和推力数额变小，这个间隙存在一个最佳数值，当船体和螺旋桨的距离达到这个数值时，水流的阻力和螺旋桨的推力就会产生最为合适的状态，船舶的性能就达到最佳状态。在螺旋桨在水中运动时，处于船尾的水流中，水流的阻力和螺旋桨的推力相互作用，就会产生船尾振动，这种振动成为激振力，是在船舶航行时产生的表面力的最主要因素。螺旋桨的安装，要考虑船尾部分的建设，和船体保持一定距离，就能避免过大的激振力的产生。但是，桨叶和船体的距离不能无限增大，或者无限的减小，间隙的变化要在船级社所规定的规范范围内。按照挪威船级社的数据，伴流场、螺旋桨的设计和船尾的吃水情况都和船体的表面压力有关。表面力和螺旋桨的叶梢到船体的距离成反比，间隙越大，表面力越小，产生的激振力越小，这时，船尾的振动就会随之减少，船舶运行更加平穩快速[3]。
（3）噪音减小
在船舶航行的过程中，船舶的激振力越大，船舶的振动越剧烈，舵机的噪音就会更大。以上文实船试验的数据为例，当螺旋桨向后移动170mm时，舵机较改造之前的母型船的噪声减少了2dB，由此，我们可以得出，当螺旋桨后移，螺旋桨的叶梢和船体的距离加大，表面力降低，产生更小的激振力，船体的振动就会更加不明显，产生的噪声就会减小。
3 理论应用
螺旋桨向后移动一方面会使船舶尾轴加长，进而影响到轴的强度，因此，不能为求船舶性能的提高而无限度的将螺旋桨向后移动，而使船舶的尾轴承受能力之外的强度，这样会留下安全隐患，应该对螺旋桨适当后移，进行局部调整。另一方面，对螺旋桨向后移动，调整的是螺旋桨和舵系之间的距离，要求在保证舵机在舱内运作的同时，还要使距离不能过近，给部件维修留下足够的距离进行拆卸。因此，螺旋桨后移是一种有限的移动和局部的调整。
4 结束语
船舶的性能受多方面因素的影响，在研究过程中，提出了在船尾安装前置导管、叶栅导管、水动力叶片等节能装置的方法来提升船舶的性能，但是，增加附带装置的方法不够简便实用，经过试验，我们不难发现，螺旋桨的纵向位置是影响船舶在航行中的性能的重要因素。本文从实船试验展开，对螺旋桨后移对船舶的性能的影响进行了理论研究，并对螺旋桨后移的应用做出了简要的分析，进而得出结论。通过对螺旋桨的位置进行移动，可以对船舶的性能产生影响，将螺旋桨适当后移，就能对船舶进行优化设计，以达到提高船舶的航行速度和节能减排的目标。
参考文献
[1]郑艳玲.螺旋桨后移对船舶性能影响的分析[J].广东造船，201635（3）：62～63.
[2]惠 磊.船舶加速性问题及解决方案研究[J].珠江水运，2016（16）：92～94.
[3]邹 劲，许 杰，孙寒冰，等.考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究[J].船舶，2017，28（1）：21～28.
收稿日期：2018-12-5