某13 m拖网渔船动力匹配设计

姜 彭，张 宇，王攀峰

(潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261000)

孟加拉国拥有720 km海岸线，6 000 km内河航运线，虽有200余家造船公司,但船舶工业基础较差，动力匹配基本靠经验[1]。不合理的匹配不但影响主机性能发挥，降低推进效率，而且还增加了燃油消耗和捕捞成本[2-3]。

本文对某新造13 m拖网渔船进行建模、静水力计算和动力匹配分析，设计出了科学合理的匹配方案，为潍柴产品更好的开拓孟加拉市场提供了技术支持。

1 某13 m拖网渔船参数

孟加拉客户欲新造一条巡航速度能达到10 kn的玻璃钢材质单机单桨拖网渔船，该船总长13.70 m，型宽4.06 m，型深3.00 m，设计吃水1.40 m。参照市场调研资料和当地使用习惯，WD10C278-15(功率为205 kW,转速为1 500 r/min)被选为该船主机。由于船尾部形状尺寸限制，能安装的最大螺旋桨直径为0.7 m。

2 CATIA模型建立

2.1 型线图的处理

将型线图中的横剖线图、纵剖线图和半宽水线图分别另存为CAD低版本(2004版)形式，该船型线图如图1所示。

图1 该船型线图

2.2 CATIA建模

在CATIA中应用创成式外形设计板块来完成船体模型的建立。建模次序为先建中纵剖线，再建站线，最后建水线。其中中纵剖线在纵剖线图中，建在xz平面上；站线在横剖线图中，建在yz平面上；水线在半宽水线图中，建在xy平面上。将导入的CAD图固联，添加接触约束使CAD图坐标原点与CATIA坐标原点重合。在CATIA草图中将需要的船体剖线通过“与3D元素相交”命令投影到草图平面上，然后用直线或样条曲线描出该剖线轮廓。特别重要的是线与线若相交，建线时一定要共用交点。船体三维轮廓剖线建立完成后，通过“填充”命令将线封闭成曲面，某13 m拖网渔船船体模型如图2所示。

图2 某13 m拖网渔船船体模型

3 NAPA静水力计算

将船体模型文件导入NAPA软件，设定吃水为1.40 m，横倾纵倾均为0。某13 m拖网渔船静水力数据如表1所示。

表1 某13 m拖网渔船静水力数据

续表1 某13 m拖网渔船静水力数据

4 NavCad动力匹配

4.1 NavCad软件简介

NavCad是某公司的一款旗舰产品，具有强大的阻力估算和动力匹配设计能力。其主要功能有船体阻力估算、附体阻力估算、标准螺旋桨的选型、桨船相互作用、各工况下的油耗分析、空泡校核以及浅水效应等补充分析。

4.2 阻力估算

本文按照艏艉吃水均为1.40 m，附体阻力等效为4%船体阻力进行阻力估算。设定的计算方法为Holtrop(经验公式)，海况裕度为4%，输入NAPA软件计算的静水力数据后，得到不同航速下船体有效功率如表2所示。

表2 不同航速下船体有效功率

4.3 桨和齿轮箱的匹配

由于桨直径越大效率越高，故桨直径设定为0.7 m。选择计算方法为Holtrop，空泡校核准则(cav line)为10%，分析类型为自由航行(free run)，输入桨毂浸没深度为1.035 m，以10 kn航速为目标航速进行优化计算，匹配结果为螺距0.597 m、盘面比0.86的4叶B型桨能满足空泡校核要求。此外，匹配计算出的齿轮箱速比为1.55，经查杭州前进齿轮箱产品手册，最终选择了速比为1.50的HC300齿轮箱。

4.4 航速预测

当该拖网渔船在静水中航行时，不同航速时所需主机功率如表3所示。

表3 不同航速时所需主机功率数据

通过样条曲线拟合，当主机留有4%裕度，航速达到10.03 kn时，主机输出100%额定功率，可以满足客户最大10 kn巡航的速度要求。

5 结束语

通过对某13 m拖网渔船进行建模、静水力计算、动力系统匹配，最终设计出一套WD10C278-15柴油机，前进HC300齿轮箱和直径0.7 m、螺距0.597 m、盘面比0.86的4叶B型桨的方案。该方案在考虑4%附体阻力和4%海况裕度情况下，最大航速10.03 kn，可以满足客户的航速需求。待该船完工下水后，可进一步测试其实际营运及油耗情况，以此来完善潍柴产品的配套设计能力。客户对该方案比较满意。