目錄 -PAGE2-目錄第一章緒論 31.1選題的理論意義和實用價值 31.2本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 41.3NAPA軟件在船舶設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展 61.4課題研究內(nèi)容與研究方法 61.4.1研究內(nèi)容 61.4.2研究方法 7第二章船用螺旋槳設(shè)計的基本理論及內(nèi)容 12.1螺旋槳的初步設(shè)計 12.2終結(jié)設(shè)計 22.4空泡校核 42.5螺旋槳的強度校核計算 62.6.1螺旋槳的材料和要求 62.6.2螺旋槳強度計算 72.7槳葉厚度的確定 92.7.1海船處理方法 92.7.2內(nèi)河船處理方法 102.8螺旋槳的螺距修正 112.8.1毅徑比不同對螺距的修正: 112.8.2葉厚比不同對螺距的修正 112.8.3修正后螺旋槳的螺距 132.9螺旋槳重量及慣性矩計算 132.10敞水特性曲線的計算 152.11系泊工況時推力和轉(zhuǎn)速的計算 15第三章船用螺旋槳設(shè)計中數(shù)值處理及圖譜回歸 163.1數(shù)值處理方法 163.1.1插值法 163.1.2曲線擬合法 193.2圖譜回歸處理 243.2.1螺旋槳敞水特性曲線（）圖譜 243.2.2螺旋槳系數(shù)系列（）圖譜 26第四章船用螺旋槳繪圖 284.1船用螺旋槳二維繪圖 284.1.1基本內(nèi)容 294.1.2投影原理 294.1.3圖形處理 324.2船用螺旋槳三維繪圖 334.2.1螺旋槳的三維立體成形 334.2.2船用螺旋槳三維模型 36第五章基于NAPA的螺旋槳設(shè)計程序開發(fā) 395.1NAPA軟件及其二次開發(fā)平臺 395.1.1NAPA軟件開發(fā)簡介 395.1.2語言簡介 405.1.3NPAN數(shù)據(jù)庫及其接口簡介 425.1.4程序構(gòu)成與開發(fā) 435.2程序開發(fā)思路 455.3船用螺旋槳設(shè)計程序 475.3.1船用螺旋槳設(shè)計的計算機實現(xiàn) 475.3.2船用螺旋槳繪圖的計算機實現(xiàn) 555.3.3程序數(shù)據(jù)處理 605.3.4文檔的輸出 62第六章計算實例比較 636.1MAU系列螺旋槳計算實例比較 636.2B系列螺旋槳計算實例比較 64緒論PAGE66 -PAGE66- 第一章緒論1.1選題的理論意義和實用價值為了適應(yīng)船舶市場日趨激烈的競爭，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，縮短船舶產(chǎn)品的設(shè)計周期及建造周期已成為了整個船舶行業(yè)的工作重點。與此同時，隨著計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在船舶行業(yè)中的應(yīng)用也已由最初的僅用于進行一些簡單的性能計算發(fā)展到如今的應(yīng)用于船舶設(shè)計的各個階段，這將大大的縮短船舶產(chǎn)品的設(shè)計周期，降低設(shè)計成本，提高設(shè)計質(zhì)量?，F(xiàn)階段國內(nèi)外通行的螺旋槳設(shè)計一般有圖譜設(shè)計和環(huán)流理論設(shè)計兩種。運用圖譜方法設(shè)計螺旋槳時，槳葉外形和葉切面形狀按所選用的螺旋槳系列資料來確定；運用環(huán)流理論設(shè)計螺旋槳時，往往結(jié)合螺旋槳模型敞水試驗數(shù)據(jù)和船后伴流的情況來確定槳葉外形和葉切面形狀。用圖譜方法設(shè)計常規(guī)螺旋槳計算方便，易于為人們所掌握，而且如選用圖譜適宜，其結(jié)果也較為滿意，是目前應(yīng)用較廣的一種方法。目前,我國民船設(shè)計中多采用螺旋槳圖譜設(shè)計方法。隨著各國發(fā)表的螺旋槳設(shè)計圖譜越來越多,這種螺旋槳設(shè)計方法會越來越具有可選擇性和精確性。目前在船舶螺旋槳設(shè)計仍普遍采用模型系列化試驗試驗圖譜資料的情況下，如何利用計算機來取代原有的手工計算是造船工作者所關(guān)心并要進一步解決的問題。1969年，荷蘭船模試驗水池首次使用回歸分析方法處理螺旋槳敞水回歸多項式，向螺旋槳圖譜設(shè)計電子計算機化邁進了一步。計算機的應(yīng)用發(fā)展，不僅把傳統(tǒng)的螺旋槳設(shè)計和繪圖由手工變?yōu)橛捎嬎銠C進行，而且將傳統(tǒng)的設(shè)計擴大為分析設(shè)計，并誕生了新的設(shè)計觀點和方法，使設(shè)計更為合理、優(yōu)化、科學(xué)。最初的圖譜螺旋槳設(shè)計程序是模擬手工設(shè)計計算方法。80年代末，產(chǎn)生了以螺旋槳的原始KT-J、KQ-J為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)和需要為目的，結(jié)合計算機特點的新螺旋槳CAD軟件包，軟件包含有螺旋槳推進系統(tǒng)的初步分析設(shè)計和繪制航速曲線圖：螺旋槳的最佳直徑、最佳轉(zhuǎn)速設(shè)計；螺旋槳的一般設(shè)計；給定螺旋槳求性能(用于螺旋槳改造，分析試驗研究和前述模塊不能解決的設(shè)計問題)；螺旋槳強度校核和葉厚修正；繪制螺旋槳總圖等?，F(xiàn)階段國內(nèi)研究主要是以設(shè)計階段得出的結(jié)果為基礎(chǔ)，應(yīng)用VB、FORTRAN語言及軟件，編制參數(shù)化繪圖程序，繪出所需的船用螺旋槳的總裝圖。它主要是以AutoCAD作為核心軟件建立動態(tài)連接庫，完成設(shè)計、性能等主要計算功能；以VisualBasic作為界面而支撐軟件完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)傳遞、結(jié)果表達以及螺旋槳繪圖在螺旋槳繪圖中采用B樣條曲線擬合螺旋槳張輪廓、切面形狀、正投影、側(cè)投影；以AutoCAD作為螺旋槳設(shè)計圖紙輸出支撐軟件。圖形文件采用DXF格式，計算結(jié)果以MSWORD文檔形式表達。程序的輸入、輸出格式較繁瑣，在人機交互方面、圖形輸出時有所欠缺，還有待加強。鑒于上述情況，提出本課題的研究是以NAPA軟件為平臺開發(fā)并加載船用螺旋槳設(shè)計模塊。NAPA軟件是一個功能強大的船舶初步設(shè)計專用軟件，可不斷擴充的系統(tǒng)軟件。NAPA軟件中本身含有阻力和推進計算模塊，且可以對航速進行預(yù)報，但其未涉及到螺旋槳設(shè)計的問題。故本課題研究內(nèi)容的提出具有一定的實用價值。NAPA軟件具有良好的開放性，具備自己的開發(fā)工具NAPABASIC。本課題的目的就在于通過加載螺旋槳設(shè)計模塊，從而進一步完善NAPA的阻力推進作用模塊，使之更好地運用于實際工程中。1.2本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外有不少人己開發(fā)出了用各種語言編制的螺旋槳程序設(shè)計軟件包。美國麻省理工大學(xué)的XiuziYeToddRJacksonandNicholasMPatrikalakis等采用B樣條曲線曲面結(jié)合物理約束條件即螺旋槳的動力性能約束對螺旋槳的功能表面幾何形狀設(shè)計進行了論述,并編制了程序設(shè)計包.美國HYDROCOMP公司于1984年就推出的用于解決船舶推進系統(tǒng)設(shè)計的專業(yè)軟件，HYDROCOMP系列軟件包括NavCAD、ProExpert和PropCAD三個模塊，分別用于解決船舶推進系統(tǒng)分析、螺旋槳設(shè)計和計算機輔助螺旋槳生產(chǎn)等領(lǐng)域的實際應(yīng)用問題。呂立人運用BASIC語言編制了B型螺旋槳的圖譜設(shè)計，以及B型、JB（經(jīng)驗）型、MAU及AU型、Ka型四種槳中的任何一種槳的伸張輪廓、展開輪廓和投影輪廓的三個坐標(biāo)，并可計算出各半徑處葉剖面各部位的厚度。運輸系統(tǒng)部的郭永崧，董國祥撰寫的論中體提及的用Fortran語言編寫程序內(nèi)部核心軟件建立動態(tài)連接庫，完成設(shè)計，性能等主要計算功能，以VisualBasic作為界面支撐軟件的程序包，這是一螺旋槳理論設(shè)計的程序。長江船舶設(shè)計院的史一鳴研究了用C語言及FORTRAN語言編寫螺旋槳圖譜程序設(shè)計的軟件包，由阻力計算得出一系列參數(shù)然后根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計螺旋槳。中國船舶科學(xué)研究中心的趙峰、馮有章在設(shè)計圖譜多項式表達的基礎(chǔ)上編制的螺旋槳圖譜設(shè)計計算機程序，按不同要求對螺旋槳進行初步和終結(jié)設(shè)計，并對一已知槳進行性能預(yù)報。天津大學(xué)的張澤勝、張加平應(yīng)用單元函數(shù)回歸方法,把簡易導(dǎo)管螺旋槳的螺距比,效率和直徑系數(shù)用一多項式來表達，并由CAD進行回歸解聯(lián)立方程，其求解精度滿足這程設(shè)計要求，并以JD7704為例檢驗了計算機程序設(shè)計的精度。中國船舶及海洋工程設(shè)計院的王寧等人用FORTRAN語言編寫，以S7K的應(yīng)用程序作為系統(tǒng)入口，編制了在DN—3000工作站上運行的螺旋槳設(shè)計程序。系統(tǒng)能用于TroostB(4、5葉)及MAU（4、5、6）型兩種槳葉設(shè)計。Neocleous,ConstantinosC.、Schizas,ChristosN.、哈爾濱工程大學(xué)的馮峰,黃勝，胡今鴻等則把近些年新興的一門學(xué)科人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運用到了螺旋槳圖譜設(shè)計中了，他們運用前向多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，采用誤差反向傳播方法編制了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機應(yīng)用程序，將這一技術(shù)應(yīng)用到了螺旋槳的圖譜設(shè)計程序中。江蘇科技大學(xué)的吳小平、楊松林、奚煒基于MATLAB的螺旋槳設(shè)計的研究，它從最佳效率著手,采用回歸分析數(shù)字化圖譜編制程序以及利用一些優(yōu)化方法完成設(shè)計。文獻[33]~[36]論述了螺旋槳設(shè)計計算中的數(shù)值優(yōu)化計算方法.運用數(shù)值優(yōu)化方法及螺旋槳的動力約束條件設(shè)計出最佳螺旋槳。文獻[37]運用Excel電子表格軟件輸入一定的設(shè)計參數(shù),采用回歸方法設(shè)計出最佳螺旋槳軟件。文獻[38]~[41]敘述了B系列螺旋槳的計算機輔助設(shè)計方法,以及B系列螺旋槳的敞水試驗和回歸系數(shù)的生成。辛珩民、薛大川根據(jù)螺旋槳總圖的基本投影原理，提出了進行螺旋槳二維參數(shù)化繪圖程序設(shè)計的方法。文獻[42]~[46]敘述了計算機輔助螺旋槳繪圖系統(tǒng)的開發(fā)。大連海事大學(xué)的路慧彪[47]在其碩士論文中，應(yīng)用VisualBasic編制螺旋槳設(shè)計程序。在計算船用螺旋槳槳葉表面時運用B樣條曲線和曲面擬合的算法，再運用AUTOCAD繪制螺旋槳三維圖形。天津大學(xué)的張宏偉等人推導(dǎo)了螺旋槳葉切面處局部坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換公式,并提出了相應(yīng)的坐標(biāo)點計算程序設(shè)計方法,在此基礎(chǔ)上用實例介紹了在Pro/ENGINEER繪圖環(huán)境下的螺旋槳三維實體建模過程。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的姜曉輝在其論文中提到，通過對螺旋槳結(jié)構(gòu)參數(shù)進行研究，建立了葉片柱坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方程，在對原始數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，利用Pro/E軟件建立了螺旋槳后槳三維幾何模型。1.3NAPA軟件在船舶設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展NAPA的全稱是navalArchitecturePackage,該軟件是由芬蘭的NAPA公司開發(fā)的一套主要用于船舶總體性能計算的軟件,也可用于船舶結(jié)構(gòu)的有限元建模、強度分析及船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。目前已有多家船級社、船廠和設(shè)計公司采用NAPA計算船舶的總體性能。708研究所的王彩蓮[14]在文中寫到：NAPA是一個船舶設(shè)計軟件包,有著強大的功能,能大大提高船舶設(shè)計者的工作效率。NAPA作為功能強大的軟件有它自身的特點,初學(xué)者需要熟悉它的特點才能很快上手。該文對NAPA的建模進行了分析,闡述了作者對NAPA的理解,并結(jié)合簡單的例子給出了直觀的介紹。目前主要包括總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計(NAPASTEEL)和船用裝載計算機軟件系統(tǒng)(ONBOARD-NAPA)。張志軍[15]介紹了在船舶設(shè)計過程中利用NAPA軟件建立船體模型的方法。并且該軟件除了本身具有很多有效且使用方便的命令外，還給用戶提供了一個根據(jù)不同的需求可自己編程的開發(fā)平臺。桂滿海[16]以一條起重船的作業(yè)狀態(tài)的完整穩(wěn)性計算為例，介紹了NAPA軟件中的MACRO來求風(fēng)壓傾側(cè)力矩和最小傾覆力臂并把它們應(yīng)用到相應(yīng)衡準(zhǔn)中。1.4課題研究內(nèi)容與研究方法1.4.1研究內(nèi)容現(xiàn)階段許多單位都在研制開發(fā)螺旋槳圖譜設(shè)計計算機程序,將系列螺旋槳的無因次敞水性征曲線或圖譜表達成多項式形式，給出多項式的項數(shù)、冪次和系數(shù)，通過計算機程序來實現(xiàn)螺旋槳設(shè)計。還有很多單位也通過不同的方法嘗試圖譜設(shè)計程序，而且有時由于回歸系數(shù)的確定或是其他一些因素導(dǎo)致計算結(jié)果并不是很精確，或是精度無法預(yù)料。因此本論文的程序是采用對最原始的螺旋槳無因次敞水性征曲線進行回歸分析給出的回歸系數(shù)進行軟件設(shè)計，而不是由無因次敞水性征曲線派生出的圖譜進行回歸擬合。本論文研究的主要對象是常規(guī)螺旋槳AU（MAU）和B型螺旋槳設(shè)計、繪圖、計算書的計算機實現(xiàn)。在船用螺旋槳設(shè)計中，需要進行相當(dāng)數(shù)量的計算，包括船舶設(shè)計航速的確定，螺旋槳各要素計算及空泡校核，以及螺旋槳外形尺寸計算等。為此本課題研究的主要內(nèi)容包括四個方面：=1\*GB3①運用NAPA軟件的開發(fā)工具編制一套程序，加載一個內(nèi)嵌的使之能進行船用螺旋槳設(shè)計的模塊，通過這個模塊的計算得出螺旋槳的各個參數(shù)；=2\*GB3②建立圖譜回歸分析模塊，其作用是程序開始時調(diào)用此模塊得到不同螺旋槳形式；=3\*GB3③根據(jù)計算出的槳葉輪廓尺寸和葉切面型值，本系統(tǒng)采用NAPA中的宏定義進行自動繪圖，包括槳的伸張輪廓、正投射輪廓、側(cè)投射輪廓；=4\*GB3④通過一條實際算例，與手工計算得出的結(jié)果進行比較，得出結(jié)論。1.4.2研究方法要實現(xiàn)數(shù)值計算，首先要建立螺旋槳設(shè)計中所采用的有關(guān)圖譜及特性曲線的數(shù)學(xué)模型，即以相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型代替圖譜曲線。然后，依據(jù)圖譜曲線的數(shù)學(xué)模型編制數(shù)值計算的源程序。簡單的說，回歸分析的方法就是：當(dāng)欲回歸者選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來表示回歸的資料數(shù)據(jù)后，利用數(shù)學(xué)方法來選擇相關(guān)性高的項，并求出每項前的系數(shù)，以建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型。本論文所建立的數(shù)學(xué)模型亦用此數(shù)值計算方法。=1\*GB3①將敞水圖譜用多元回歸分析表達式給出，通過搜集資料，確定各個多項式表達的相數(shù)、冪次和系數(shù)；=2\*GB3②螺旋槳的初步設(shè)計：對于初步設(shè)計問題，首先要選定螺旋槳的形式，葉數(shù)，所需數(shù)據(jù)分別進行回歸實現(xiàn)；=3\*GB3③螺旋槳的終結(jié)設(shè)計：在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，要通過終結(jié)設(shè)計來詳細的求出設(shè)計螺旋槳的細節(jié)情況。它主要包括以下幾個方面：推功率及航速計算；通過這部分數(shù)值計算得出各系數(shù)列盤面比下的螺旋槳直徑、螺距比及敞水效率，為空泡校核數(shù)值計算作準(zhǔn)備。滿足空泡要求的最小盤面比計算；根據(jù)所選用的空泡限界限算出空泡的最小盤面比；空泡校核，目的是確定滿足不發(fā)生空泡條件下的最小盤面比、及相應(yīng)的敞水效率、航速等；確定航速及螺旋槳各要數(shù)；用求得的盤面比求出相應(yīng)的船舶所能達到的最大航速、螺旋槳直徑、敞水效率和螺距比；強度校核；螺距修正；槳的幾何尺度和葉剖面型值；進行重量和轉(zhuǎn)動慣性距的計算；=4\*GB3④計算螺旋槳葉切剖面厚度及轂徑尺寸、螺旋槳重量以及槳葉輪廓尺寸，以提供螺旋槳計算機輔助繪圖的數(shù)據(jù)。在NAPA中圖形的繪制是通過宏程序來實現(xiàn)的，輸出格式有DXF、IGES格式；最后輸出計算報告以及螺旋槳圖形。船用螺旋槳設(shè)計的基本理論及內(nèi)容第二章船用螺旋槳設(shè)計的基本理論及內(nèi)容螺旋槳設(shè)計是整個船舶設(shè)計中的一個重要組成部分。在船舶線型初步設(shè)計完成后，通過有效馬力的估算或船模阻力試驗，得出該船的有效馬力曲線。在此基礎(chǔ)上，要求設(shè)計一個效率最佳的螺旋槳，既能達到預(yù)定的航速，又要使消耗的主機馬力?。换蛘弋?dāng)主機已選定，要求設(shè)計一個在給定主機條件下使船舶能達到最高航速的螺旋槳。因此，螺旋槳的設(shè)計問題可分為兩類。2.1螺旋槳的初步設(shè)計對于新設(shè)計的船舶，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書對船速的要求設(shè)計出最合適的螺旋槳，然后由螺旋槳的轉(zhuǎn)速及效率決定主機的轉(zhuǎn)速及馬力，并據(jù)此訂購主機。具體為：=1\*GB3①已知船速V，有效馬力，根據(jù)選定的螺旋槳直徑D，確定螺旋槳的最佳轉(zhuǎn)速n、效率、螺距比和主機馬力；=2\*GB3②已知船速V，有效馬力，根據(jù)選定的轉(zhuǎn)速n，確定確定螺旋槳的最佳直徑D、效率、螺距比和主機馬力。對于初步設(shè)計問題=1\*GB3①，首先要選定螺旋槳的型式(AU型、MAU型、B型或其他)，槳葉數(shù)Z,盤面比（圖譜的系列盤面比之一）；給出伴流分數(shù)、推力減額分數(shù)t、軸系效率、相對旋轉(zhuǎn)效率和船身效率；螺旋槳進速，則收到功率系數(shù)和直徑系數(shù)的表達式為：式中：為收到功率，為水的比重。由于要求出的是轉(zhuǎn)速N和主機效率，從式和式中可以看出，無法直接求出其中任一參數(shù)。為此本論文中先假設(shè)一組轉(zhuǎn)速來進行計算:由進速系數(shù)J的計算公式:計算出對應(yīng)的一組進速系數(shù)，在螺矩比的取值范圍內(nèi)進行定步長搜索，按照式和(AU、MAU系列)或和(B系列)計算出對應(yīng)的，,按照下列敞水效率計算公式計算出對應(yīng)的敞水效率，進而搜索出與這一組轉(zhuǎn)速對應(yīng)的一組效率最大值及與其對應(yīng)的一組螺距比，，。②由收到馬力系數(shù)計算公式的另一表達形式，計算出對應(yīng)最大效率的一組，再由式計算出對應(yīng)的一組收到功率，并用計算一組主機功率，再用換算出一組有效功率。③由已知的有效功率，在與的對應(yīng)關(guān)系上插值求出最佳轉(zhuǎn)速n。④有了最佳轉(zhuǎn)速，就可以分別在與、與的對應(yīng)關(guān)系上插值求出主機功率、最佳敞水效率和螺距比。對于初步設(shè)計問題②，其計算原理與初步設(shè)計問題(1)很類似。先假定一組螺旋槳直徑D1來計算，最后通過插值求出螺旋槳的最佳直徑D和主機功率等。2.2終結(jié)設(shè)計主機馬力和轉(zhuǎn)速決定后（最后選定的主機功率及轉(zhuǎn)速往往與初步設(shè)計所決定者不同），求所能達到的航速及螺旋槳的尺度。具體的講就是：已知主機功率、轉(zhuǎn)速N和有效馬力曲線，確定所能達到的最高航速、螺旋槳直徑D、螺距比及效率。新船采用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)型號主機或舊船調(diào)換螺旋槳等均屬此類設(shè)計問題。對于終結(jié)設(shè)計問題，首先要選定螺旋槳的型式(AU型、MAU型、B型或其他)，槳葉數(shù)Z,盤面比（圖譜的系列盤面比之一）；給出伴流分數(shù)w、推力減額分數(shù)t和船身效率；螺旋槳進速，則螺旋槳的收到馬力：式中：為主機額定功率，為軸系效率，為齒輪箱效率，為相對旋轉(zhuǎn)效率。由于要求出的是最高航速和螺旋槳要素，為此本論文中先假設(shè)一組航速（根據(jù)有效馬力曲線來確定，航速的范圍須把有效馬力曲線所對應(yīng)的速度包括在內(nèi)）來進行計算:=1\*GB3①由收到功率系數(shù)：計算出對應(yīng)的一組轉(zhuǎn)速系數(shù)，然后在進數(shù)系數(shù)J的取值范圍內(nèi)進行定步長搜索，由式計算出對應(yīng)的。=2\*GB3②在進數(shù)系數(shù)J的搜索過程中，對螺距比在取值范圍內(nèi)進行定步長搜索，按照螺旋槳敞水回歸公式計算出對應(yīng)的，,直到計算出的與按式計算出的結(jié)果相等。由式計算出其對應(yīng)的螺旋槳敞水效率。在對進數(shù)系數(shù)J和螺距比搜索過程中，進而搜索出與這一組效率最大值，得出效率最大點時對應(yīng)的進速系數(shù)J及與其對應(yīng)的一組螺距比，，。再由式計算出對應(yīng)的一組收到功率，并用計算一組主機功率，再用換算出一組有效功率。由式計算出對應(yīng)的推馬力，再由對有效馬力曲線計算出對應(yīng)馬力，如果結(jié)果等于對應(yīng)推馬力，則此設(shè)計的螺旋槳要素為該盤面比設(shè)計的最佳螺旋槳要素。否則再按上述步驟計算，直到計算出所求推馬力與由馬力曲線插值所得的值相等，則求出了最佳螺旋槳。2.4空泡校核在設(shè)計螺旋槳時應(yīng)考慮其是否發(fā)生空泡或空泡的發(fā)展程度，故需進行空泡現(xiàn)象的預(yù)測，以確定所設(shè)計的螺旋槳是否合乎要求。一旦槳葉上出現(xiàn)空泡，或?qū)е聵~表面材料剝蝕，或使螺旋槳性能惡化，因而避免槳葉上出現(xiàn)空泡乃是螺旋槳設(shè)計中所需考慮的重要環(huán)節(jié)之一。目前常使用螺旋槳模型空泡試驗或大量實船資料整理所得的圖譜，或由統(tǒng)計數(shù)據(jù)歸納而成的近似公式進行空泡校核。因試驗往往僅限于某一類型的螺旋槳，故在進行空泡校核時應(yīng)注意各種圖譜或公式的適用范圍，否則難以獲得正確的結(jié)果。因此本文僅介紹螺旋槳圖譜設(shè)計中常用的限界線方法。對于每一個試驗盤面比，求得船舶在該盤面比時所能達到的最大航速及最佳螺旋槳的參數(shù)D，、及。用水在15OC時的密度和蒸汽壓力計算出空泡數(shù)?？张菪：瞬捎肂urrill(柏利爾)限界線。式中：——槳軸中心處的靜壓力，kgf/m2；——水的重量密度，淡水=1000kgf/m3，海水1025kgf/m3；hs——螺旋槳軸線的浸沒深度，m；pv——氣化壓力，kgf/m2；——0.7R處切面與水流的相對速度的平方，；——水的質(zhì)量密度。由的值，從柏利爾商船限界線上查得單位投影面積上的平均推力系數(shù)，本文是由下列擬合公式計算出。重載荷螺旋槳限界線:商船螺旋槳限界線:當(dāng)當(dāng)瓦根寧水池限界線:當(dāng)當(dāng)式中：T——螺旋槳的推力，kgf；Ap——槳葉投射面積，m2，以統(tǒng)計資料分析得：AE——螺旋槳的展開面積，m2；P/D——螺距比。最后，由以下兩式求得滿足空泡要求的最小盤面比AEOmin。通過空泡校核，計算出與三個計算盤面比、、對應(yīng)的最小盤面比，運用插值法計算出曲線與最小盤面比曲線相交的點，即=。此時所對應(yīng)的螺旋槳要素以及船舶所能達到的最大航速值即為設(shè)計螺旋槳的要素及本船所能達到的最大航速。2.5螺旋槳的強度校核計算2.6.1螺旋槳的材料和要求船用螺旋槳的材料有金屬和非金屬兩類：金屬材料中有銅合金材料、鑄鋼、不銹鋼、鑄鐵及鋁合金等；非金屬材料中有尼龍、玻璃鋼、高分子聚合物等。銅合金材料是螺旋槳的主要材料，是應(yīng)用最廣、使用性能也最好的材料。對螺旋槳材料的基本要求是：=1\*Arabic1.抗拉強度、疲勞強度高，且韌性好。=2\*Arabic2.抗應(yīng)力腐蝕和抗空泡蝕性能好。3.密度較小。4.鑄造性能、可加工性好。5.容易修補。6.成本低，經(jīng)濟性好。對于大型螺旋槳，最重要的是材料的鑄造性能和抗腐蝕疲勞性能要高。各國規(guī)范對螺旋槳銅合金材料的性能均有明確要求，我國生產(chǎn)螺旋槳所用銅合金的化學(xué)成分見表。表銅質(zhì)螺旋槳鑄件的化學(xué)成分銅合金種類化學(xué)成分/CuAlMnZnFeNiSnPbCu1錳青銅Cu2鎳錳青銅Cu3鋁青銅Cu4錳鋁青銅2.6.2螺旋槳強度計算2.6.2.1海船處理方法根據(jù)國家船舶檢驗局《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》2006第三分冊對螺旋槳強度要求所作的規(guī)定，螺旋槳槳葉厚度t（固定螺距螺旋槳0.25R切面和0.6R處，可調(diào)螺距螺旋槳0.35R和0.6R處）不得小于按下式計算所得之值:mm式中：Y——功率系數(shù)，按式求得:K——材料系數(shù)，由表查得:X——轉(zhuǎn)速系數(shù)，按式求得:表螺旋槳材料系數(shù)K（海船）材料抗拉強度材料密度材料系數(shù)K碳鋼與合金鋼4007.90.57鐵素體與馬氏體不銹鋼5007.71.04奧氏體不銹鋼4507.91.041錳青銅4408.31鎳錳青銅4408.313鎳鋁青銅5907.61.38錳鋁青銅6307.51.17注：上表以外的材料，K值可以參照確定。1）功率系數(shù)按下式計算：式中：；D——螺旋槳直徑(m)；P——所計算切面處的螺距，m；P0.7R——0.7R剖面處的螺距，m；R——螺旋槳半徑，m；K1,K2,K3,K4——系數(shù)，查表；Ne——主機的額定功率kw；Z——槳葉數(shù)；B——所計算切面處的槳葉寬度，m；ne——螺旋槳在主機額定功率時的轉(zhuǎn)速，r/min；對于槳葉隨緣尾翹的機翼型剖面，上式求得之A1值應(yīng)增加30%。2）轉(zhuǎn)速系數(shù)X按下式計算：式中：；D、P、Z和b見1.1.1；——槳葉后傾角，0；K5,K6,K7,K8——系數(shù)，查表可得；G——槳葉材料密度，g/cm3；Ad——螺旋槳圓盤面比。表螺旋槳不同半徑處K值系數(shù)rKK1K2K3K4K5K6K7K80.25R634250141048234413800.35R5202851320166428574200.60R207151635342312653302.6.2.2內(nèi)河船處理方法根據(jù)《鋼制內(nèi)河船舶入級與建造規(guī)范》2002年版第二分冊第九章第五節(jié)，明確規(guī)定了內(nèi)河船舶的螺旋槳在0.25R切面處的槳葉厚度t不得小于按下式計算值:mm式中:D——螺旋槳直徑，m；P0.7——0.7R剖面處的螺距，m；P0.25——0.258剖面處的螺距，m；Ne——主機的額定功率，kw；Z——槳葉葉數(shù)；b——0.25R剖面處的槳葉寬度，mm；ne——螺旋槳在主機額定功率時的轉(zhuǎn)速，r/min；——槳葉后傾角，0；K——材料系數(shù)，見表。表螺旋槳材料系數(shù)K（內(nèi)河船）材料銅合金鑄鋼灰鑄鐵錳黃銅鋁黃銅錳鋁青銅鎳鋁青銅碳鋼、碳錳鋼不銹鋼奧氏體鐵素體或馬氏體抗拉強度440610650637400450549200250材料系數(shù)K1.001.381.471.440.911.021.240.600.76注：1）上表以外的材料，K值可以參照確定，并需取得中國船級社同意。2）材料的性能應(yīng)符合規(guī)范齒輪傳動裝置要求。2.7槳葉厚度的確定2.7.1海船處理方法如前所述，按照規(guī)范中的規(guī)定可以求得滿足強度要求的在0.25R及0.6R處螺旋槳槳葉切面的最大厚度（可調(diào)螺距螺旋槳為0.35R及0.6R處切面的最大厚度）。葉片厚度沿徑向分布在確定葉梢處厚度后，可以采取直線分布或光順曲線的分布形式。葉梢處的厚度一般根據(jù)經(jīng)驗公式來確定：當(dāng)螺旋槳直徑時，??；當(dāng)螺旋槳直徑時，??；海船槳葉厚度的徑向分布一般采用如下幾種形式：=1\*GB3①直線分布將葉梢厚度與按“規(guī)范”確定的0.25R（或0.35R）處槳葉厚度用同一比例畫在圖上并連成直線，即可求得不同半徑處的槳葉厚度。實踐證明，這樣的厚度分布對0.60R處的強度總是過剩的，故可不必再行驗證。因此本文基于片安全考慮采用直線分布方式。=2\*GB3②非線性分布將葉梢厚度與按“規(guī)范”確定的0.25R（或0.35R）處槳葉厚度用同一比例畫在圖上，然后通過這三點連成光順曲線，即求得不同半徑處的槳葉厚度，用這樣的分布形式可節(jié)省槳葉材料。=3\*GB3③等強度的槳葉厚度分布荷蘭船模試驗池建議采用等強度的槳葉厚度分布，其建議的各半徑處切面的計算公式如下：式中：——0.20R處切面的厚度；見表。表決定葉切面最大厚度徑向分布的系數(shù)xx0.30.40.50.60.8450.6990.6540.4360.70.80.90.960.3180.2060.1000.04952.7.2內(nèi)河船處理方法對于內(nèi)河船，處理方法同海船基本相同，僅有以下兩點差別:①葉梢厚度計算公式不同:《鋼制內(nèi)河船入級與建船規(guī)范》對銅質(zhì)、鋼質(zhì)螺旋槳的葉梢處的最小厚度作了規(guī)定:mm式中：D——螺旋槳直徑，m；——系數(shù)，對普通螺旋槳取3；對導(dǎo)管流管平頭螺旋槳取5。對鑄鐵之t1.0較上式增加25%。其他半徑處的葉切面厚度按直線或等強度厚度分布規(guī)律決定。3-4個槳葉的螺旋槳，其葉面與葉背向槳轂過渡處的填角圓半徑應(yīng)不小于0.035螺旋槳直徑；4個槳葉以上的螺旋槳，其填角圓半徑應(yīng)盡量加大，且應(yīng)不小于0.0375螺旋槳直徑。②只取0.25R處切面為判別標(biāo)準(zhǔn)，不涉及0.6R處切面。2.8螺旋槳的螺距修正在螺旋槳的設(shè)計中，有些參數(shù)往往與所選用系列槳不同。如按上面強度計算所得的厚度小于選用系列槳的厚度時，尚可直接采用系列槳的厚度及厚度分布，缺點是浪費材料。若計算中為滿足強度要求不得不增加槳葉厚度時，將導(dǎo)致設(shè)計槳的葉厚分數(shù)大于系列槳的葉厚分數(shù);有時，設(shè)計槳的毅徑比不同于系列槳。在這種情況下，必須對設(shè)計槳的螺距進行修正，使二者性能相同?，F(xiàn)將修正方法陳述如下:2.8.1毅徑比不同對螺距的修正:設(shè)為設(shè)計螺旋槳的轂距比；為系列螺旋槳的轂徑比。則所需的螺距比修正量可按下式求得：2.8.2葉厚比不同對螺距的修正修正計算通常是根據(jù)0.7R處切面的螺距角和無升力角之和等于常數(shù)這一原則進行的，即：（C為常數(shù)）如圖所示。切面的無升力角可按下式計算：式中：K——系數(shù)，與0.7R處的切面形式有關(guān)，對MAU型螺旋槳K=0.735對B型螺旋槳K=0.813對弓形切面螺旋槳K=0.75設(shè)為設(shè)計槳的厚度比，為系列槳的厚度比，則修正后的螺距角可由下式計算：修正后的螺距本論文則是根據(jù)以下方法計算由于厚度比不同對螺距比修正量：式中：——設(shè)計螺旋槳的螺距比；s——滑脫比，按式?jīng)Q定：N——每分鐘轉(zhuǎn)速，r/min；P——螺距，m；——設(shè)計螺旋槳0.7R處切面的厚度比；——基準(zhǔn)螺旋槳0.7R處切面的厚度比；AEO——基準(zhǔn)螺旋槳展開面積比；AE——設(shè)計螺旋槳的換算展開面積比；其中：和分別為設(shè)計槳和系列槳的轂徑比；——設(shè)計螺旋槳的盤面比。2.8.3修正后螺旋槳的螺距令修正后的螺旋槳螺距比為，則可由式得，即或2.9螺旋槳重量及慣性矩計算在螺旋槳設(shè)計中，必須進行重量和慣性矩的計算，以提供軸系計算、工廠備料以及離心力計算等需要。螺旋槳的總重量為葉片重量和轂重量之和。通常比較精確的計算方法是：先根據(jù)槳葉不同半徑處各切面的形狀求得其切面面積，其次用近似積分方法算出槳葉之體積和體積慣性矩，最后分別乘以材料的重量密度，即可得到螺旋槳之重量和重量慣性矩。但是有些型式的螺旋槳并未提供詳細的切面有關(guān)數(shù)據(jù)，此時不妨采用按統(tǒng)計資料得出的近似公式計算。為此本文特采用我國船舶與海洋工程設(shè)計研究院提出的公式：槳葉重（kgf）槳轂重（kgf）螺旋槳重量螺旋槳慣性矩：當(dāng)時：當(dāng)時：式中：——槳葉最大寬度，m；——槳轂長度中央處軸徑，可按下式估算：（m）PD——主機最大持續(xù)功率情況下的螺旋槳收到馬力，hp；N——主機最大持續(xù)功率情況下的螺旋槳轉(zhuǎn)速，r/min；——0.2R處切面最大厚度，m；——0.6R處切面最大厚度，m；K——軸轂配合的錐度；LK——轂長，m；——材料重量密度，kgf/m3；Z——槳葉數(shù)；d——槳轂直徑，m；D——螺旋槳直徑，m。2.10敞水特性曲線的計算在研究螺旋槳的水動力性能時，通常并不應(yīng)用推力和轉(zhuǎn)矩的絕對數(shù)量，而是以無因次系數(shù)來表達。這樣對于不同尺寸的幾何相似螺旋槳有同樣的水動力性能圖。在上述基礎(chǔ)上，利用式，選取一組進速系數(shù)J，計算出推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)，再由式算出對應(yīng)的螺旋槳敞水效率，以J為橫坐標(biāo)，、10和分別作為縱坐標(biāo)，繪制螺旋槳的敞水性征曲線。為了使用方便，有時還以表格形式給出、及與J之間的關(guān)系。本文即是以表格的形式呈現(xiàn)。2.11系泊工況時推力和轉(zhuǎn)速的計算由螺旋槳敞水回歸多項式可以計算出當(dāng)J=0系泊工況時的推力系數(shù)KT0和扭矩系數(shù)KQ0。顯然，在系柱狀態(tài)時船速Vs=0,J=0,螺旋槳的和達到最大值。此時螺旋槳處于“重載”狀態(tài)。根據(jù)柴油機的特性，主機必須降低轉(zhuǎn)速而保持額定轉(zhuǎn)矩運行。假定設(shè)計條件的扭矩與系泊工況扭矩相等，由式算出系泊工況時的轉(zhuǎn)速N0：（rpm）式中：——水的密度；D——螺旋槳直徑；n0——螺旋槳的額定轉(zhuǎn)速。扭矩由式計算：則系泊工況時的推力由式求出：式中：t——系柱狀態(tài)螺旋槳的推力減額分數(shù)。第三章船用螺旋槳設(shè)計中數(shù)值處理及圖譜回歸在螺旋槳設(shè)計中，應(yīng)用了各種各樣的曲線，然而描述這些曲線的函數(shù)通常是比較復(fù)雜和困難的，雖然可以確定這個函數(shù)在某個范圍內(nèi)有定義，然而很難找到它的具體表達形式。在許多場合，函數(shù)的數(shù)值是根據(jù)經(jīng)驗或?qū)嶒?，用圖解法或表格法給出的一些離散點。那么如何利用計算機方法求得函數(shù)任意點的坐標(biāo)值呢?通常采用兩種方法。第一種方法為插值法。即設(shè)法構(gòu)造一個簡單的函數(shù)作為的近似表達式，使點通過給出的已知點，然后計算的值以求得的近似值。第二種方法為擬合法。即保留給出已知點的一般特性，對曲線進行光順處理，但不必要求一定通過所有已知點，然后計算的值以求得的近似值。3.1數(shù)值處理方法3.1.1插值法插值法來自生產(chǎn)實踐。在船舶螺旋槳設(shè)計中，往往遇到函數(shù)關(guān)系沒有明顯的解析表達式，不便于計算和處理(例如求積分、求中間值、求交點)。需要根據(jù)實驗觀測或其它方法來確定與自變量的某些值相對應(yīng)的函數(shù)值。有時候，雖然所遇到的函數(shù)有明顯的解析表達式，但使用起來費工費時，在實際問題中又允許對計算的結(jié)果有一定程度上的誤差。因此，人們希望對函數(shù)的計算能有一個簡單的、同時又能達到精度要求的近似表達式。插值法就是建立在這種近似公式上的一種基本方法。3.1.1.1線性插值（一次插值）法已知函數(shù)在點x1，x2上的函數(shù)值為、，要求構(gòu)造一多項式，使其滿足，。其幾何意義，就是通過兩點、的一條直線，如圖2-1所示。通過A,B兩點的直線方程為:是x的一次函數(shù)，稱為一次插值多項式。這種通過兩點的一次插值稱為線性插值。利用式在區(qū)間內(nèi)任何一點x的函數(shù)值即可計算出，并作為的近似值。在區(qū)間內(nèi)的插值稱為內(nèi)插值。當(dāng)x在之外，又離x1，x2不遠，以作為的近似值，稱為外插值。線性插值法應(yīng)用時比較簡單，但是它是用通過兩點的直線函數(shù)值作為曲線函數(shù)的近似值，誤差較大。3.1.1.2一元三點插值（二次插值）法已知函數(shù)在點x1,x2,x3的值為y1，y2，y3需要構(gòu)造一多項式，使其函數(shù)值。即：，，，其幾何意義為通過三點、、作一曲線，若三點不在同一直線上，通過三點的曲線就是二次拋物線，以此曲線逼近，如圖2-2所示，它是一個二次方程，其一般形式為:式中為待定系數(shù)，可由曲線通過三點的三元一次方程組聯(lián)立求得。將所求得的待定系數(shù)、、的值代入表達式，整理后得：式中是x的二次函數(shù)，稱為二次插值多項式，這種通過已知三點的插值稱為二次插值或者拋物線插值（也稱為一元三點插值）。3.1.1.3拉格朗日插值（Lagrange）法在上面所述的一元三點插值，僅用二次拋物線代替實際曲線，其精度還是有限的。對一些精度要求較高的問題是不能滿足的。如果采用更高次的曲線逼近實際曲線，其精度將得到進一步提高。為了推導(dǎo)高次表達式，先研究一元二次表達式。已知函數(shù)在點x1,x2,x3的值為y1，y2，y3。需要構(gòu)造一函數(shù)使其函數(shù)值，，。首先建立一個關(guān)于的線性組合插值多項式:（k=1，2，3）式中：x1,x2,x3——節(jié)點；——基本插值多項式。在式(2-4)中可以看出，要使表達式成立，關(guān)鍵在于合適地求出基本插值多項式、、的表達式?，F(xiàn)以為例:為了滿足假定條件，，，在式(2-4)中必須滿足:，，下列基本插值多項式則完全滿足這些條件。這樣就得出了三個基本插值多項式。將此三式代入式：此式即為一元三點插值的另一種表達形式。同理，對一個三點插值表達式必為：對于一個n次插值表達式則為：3.1.1.4樣條理論及樣條插值上述的拉格朗口插值公式給出了函數(shù)插值曲線的函數(shù)表達式。問題在于給出的插值節(jié)點增多時，得到的插值曲線是高次的，計算困難，且容易產(chǎn)生“畸變”。為了解決這一問題，降低插值函數(shù)的次數(shù)，通常采用分段插值的方法。但分段插值也有缺點。盡管插值曲線的各個分段是銜接的，但在連接點處不能保證曲線的光滑性。為了解決這個問題，人們從生產(chǎn)實踐中得到啟示，提出了“樣條”插值的理論?！皹訔l”是繪圖員用來描繪光滑曲線的一種簡單工具?？梢园阉械碾x散點連成一條光滑曲線，并使其在連接點處也具有連續(xù)曲率。人們對這種生產(chǎn)時間中的現(xiàn)象進行數(shù)學(xué)模擬，得到一種函數(shù)叫樣條函數(shù)。近年來，樣條函數(shù)的理論和應(yīng)用發(fā)展很快，其中三次樣條函數(shù)最為常用。同時雙圓弧樣條、B樣條、貝塞爾(Bezier)樣條理論及應(yīng)用也逐漸引人注目。3.1.2曲線擬合法在生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗中，我們時常需要從一組測定的數(shù)據(jù)中去求自變量x和因變量y的一個近似的函數(shù)關(guān)系式。從圖形上看，就是曲線上給定的N個點(xi,yi)求作該曲線的近似圖形。這個問題與前面所研究的插值問題類似。但是在插值方法中要求所求的函數(shù)，在插值節(jié)點xi上，確實滿足，也就是說，要求所求得的曲線必須嚴格的通過所給定的所有點(xi,yi)。但一般科學(xué)實驗所給出的數(shù)據(jù)常常帶有測試誤差，要求所求的曲線通過所有的點(xi,yi)，就會使曲線保留一切測試誤差。而這不是我們所希望的結(jié)果。如果個別數(shù)據(jù)精度很差，那么插值效果是不理想的。為此，人們考慮放棄曲線嚴格通過所有節(jié)點(xi,yi)這一要求，采用其它方法去構(gòu)造近似曲線，盡量反映所給曲線的一般趨勢，盡可能不要出現(xiàn)局部波動。這種方法稱為曲線擬合法。最小二乘法原理和方法是用來實現(xiàn)這一目標(biāo)的。3.1.2.1最小二乘法所謂最小二乘法原理，用一例子來說明就是:假設(shè)一組用等精度測量兩線段長度，的結(jié)果為a,b，其總長為c，去求得度量，的最好值，那就是使誤差,,的平方和為最小的那些值。有N對實驗數(shù)據(jù)，要對這些數(shù)據(jù)找到一個近似的函數(shù)關(guān)系式。取得最簡單的形式，把所要求的函數(shù)用次代數(shù)多項式：（m<N）來表達。為了確定這個近似多項式，我們需要尋求式中的系數(shù)值，使多項式對于給出的數(shù)據(jù)具有所謂的“好的擬合”。如果把點代入多項式，就有N個方程：由于多項式曲線不一定通過所有的點，所以這些方程不會完全等于零。我們稱多項式在xi所算得的值與觀測的函數(shù)值之間的差距為誤差或剩余量，用來表示。這樣我們就有N個誤差方程。只要能求出方程中的待定系數(shù)，方程即可解了。最小二乘法原理提出了一種標(biāo)志擬合情況好壞的準(zhǔn)則。按這個標(biāo)準(zhǔn)，對于N對數(shù)據(jù)去求系數(shù)的最好值就是能使誤差的平方和為最小值的那些值，因此，為了選擇適當(dāng)?shù)南禂?shù)值，我們要使誤差的平方和：達到最小值。根據(jù)通常求極小值問題的方法，要使為極小值的必須適合下列方程組：即=0令則式得：式是一個“正規(guī)方程組”，這里有m+1個方程，用來求解m+1個系數(shù)。將這個方程組具體寫出來為：所得到的線性方程組的系數(shù)矩陣是對稱矩陣，只要先分別求出和，即可求出m+1個。把所求出的系數(shù)值代入式即可得到所求得多項式曲線，這種方法也稱曲線擬合法。這里有兩點必須引起注意：=1\*GB2⑴用多項式曲線去擬合給定的實驗數(shù)據(jù)時，當(dāng)階次以上時，就會出現(xiàn)病態(tài)的情形，所以在低次應(yīng)用比較好。=2\*GB2⑵對于不同型號的計算機，在編制程序時，應(yīng)注意下標(biāo)j，k的變化。3.1.2.1.1多元線性回歸（刪除這一行）對于包含多個隨機變量的任意多項式：可以通過變量變換成多元線性回歸計算。若令，，，，，…則上式即為：即將：化為以下形式的多元線性回歸：用最小二乘法，選擇回歸系數(shù)使達到極小。為此將上式分別對，，…,求偏導(dǎo)，令其等于0，經(jīng)化簡整理最后可得，，…,必須滿足正規(guī)方程：其中：，，，，解一線性方程組（用逆矩陣法求解三元正規(guī)方程）即可求得各回歸系數(shù)，從而常數(shù)項也可求得。本論文中所用的多元多項式回歸方法也就是基于上述最小二乘法的最小性質(zhì)。多元多項式回歸，系指回歸的函數(shù)類型是一個多元多項式，即:通常，在螺旋槳圖譜設(shè)計中，用三元回歸已經(jīng)有較高的精度，故下面僅討論三元回歸的情形。此時的變量只有三個，假定為x，y，z，回歸的函數(shù)類型是如下形式的一個三元多項式:此三元多項式回歸可以化為多元線性回歸的問題來處理。把多元回歸式的項按如下由低到高的齊次次序:（0，0，0），（1，0，0），（0，1，0），（0，0，1），（2，0，0），（1，1，0），（1，0，1），（0，2，0），……進行排列，其中形式(i，j，k)分別表示式中x，y，z的冪次。并令:其中：，那么，三元回歸多項式就可以化為如下型式得線性回歸多項式：應(yīng)用多元線性回歸方法建立回歸方程，其中的一個重要問題是如何在為數(shù)眾多的初始因素中“挑選”自變量，以建立對這批試驗數(shù)據(jù)“最優(yōu)”的回歸方程。在多元多項式回歸時，它相當(dāng)于從許多初始項“挑選”某些項建立多項式回歸方程。最優(yōu)回歸方程的特點是:①回歸方程的每一個自變量對因變量的影響是高顯著水平的，一般置信水平不小于0.95，即回歸方程中的每一個偏回歸系數(shù)都在置信度下與0有顯著性差異;②若在回歸方程中再引進一個或幾個新的自變量，不可能顯著地改變回歸方程的精確度，即均方差不可能顯著的減小。③若從回歸方程中再除去任何一個自變量，則回歸方程的方差就會顯著的增加。概括的說，最優(yōu)回歸方程包含所有對因變量影響顯著的自變量，而不包含對因變量影響不顯著的自變量。這樣，將最優(yōu)回歸方程作為表示變量間關(guān)系的經(jīng)驗公式。它的項數(shù)少，且有可能反映變量間的客觀規(guī)律。本論文中螺旋槳敞水圖譜回歸方程采用的是[]中經(jīng)過效驗的數(shù)據(jù)。3.2圖譜回歸處理在螺旋槳設(shè)計中，螺旋槳的直徑和轉(zhuǎn)速不是同時已知的，但敞水性征曲線中的進速系數(shù)包含螺旋槳直徑D和螺旋槳轉(zhuǎn)速n，為了設(shè)計的方便，便將敞水性征曲線轉(zhuǎn)換成只包含螺旋槳轉(zhuǎn)速或者只包含螺旋槳直徑參數(shù)的設(shè)計圖譜，如圖譜和圖譜等。對于普通螺旋槳設(shè)計，一般采用日本的AU型螺旋槳和荷蘭的B型螺旋槳。3.2.1螺旋槳敞水特性曲線（）圖譜3.2.1.1AU系列螺旋槳的回歸多項式上海交通大學(xué)對AU系列螺旋槳資料進行了回歸分析比較，由于整個系列中包含了并不完全相似的子系列，在分析中發(fā)現(xiàn)不同葉片數(shù)分別進行回歸分析的精確度較高，因此，所有發(fā)表資料是按各個不同葉片數(shù)進行回歸分析的結(jié)果。其回歸多項式表達如下：其回歸系數(shù)由文獻查得，本程序?qū)⑵鋵?yīng)于不同葉片數(shù)的回歸系數(shù)列于表中以便程序運行時查詢。3.2.1.2B型螺旋槳回歸多項式B系列螺旋槳的敞水性能曲線按J，，，Z進行了回歸分析，其回歸表達式為：上式已修正到雷諾數(shù)。表為雷諾數(shù)時的和的回歸多項式的系數(shù)、和指數(shù)i，j，k，l的回歸值。當(dāng)雷諾數(shù)，可按下式對在的和增加和進行修正：=0.000353485-0.00333758()+0.000257792()+0.000257792()+0.0000643192-0.0000110636-0.0000276305-0.0000954()+0.0000032049=-0.000591412+0.0069898()0.0000666654+0.0160818-0.000938091()-0.00059593+0.0000782099+0.0000052199-0.00000088528()+0.0000230171-0.00000184341+0.00400252+0.000220915B系列槳在等效剖面0.75R處的厚度比為：當(dāng)設(shè)計槳的厚度比系列不同時，可以認為相當(dāng)于雷諾數(shù)起了變化，可用下列等效雷諾數(shù)進行計算：式中——設(shè)計槳在0.75R處的厚度比；——相對于的等效羅諾數(shù)。3.2.2螺旋槳系數(shù)系列（）圖譜設(shè)計圖譜是目前最常見的螺旋槳設(shè)計圖譜，許多螺旋槳系列試驗結(jié)果都繪制成這種類型的設(shè)計圖譜。3.2.2.1AU系列螺旋槳的回歸多項式基于上述AU型螺旋槳回歸所述條件下，在圖表中，最佳直徑系數(shù)及相應(yīng)螺距比在Z固定下分別以下列多項式表示：相應(yīng)的回歸系數(shù)于文獻查得。3.2.2.2B型螺旋槳回歸多項式在對圖表作回歸分析時，將葉數(shù)固定，對各種葉數(shù)螺旋槳分別進行，以與為決定參數(shù)：相應(yīng)的回歸系數(shù)于文獻查得。系數(shù)在相當(dāng)長時間內(nèi)被普遍應(yīng)用，但各機構(gòu)所采用的計量單位有所不同，與現(xiàn)行單位制不符，加以計算式中沒有計入水的密度，所以不是嚴格的無因次系數(shù)，ITTC已停止使用。在利用已發(fā)表的類系列螺旋槳設(shè)計資料或圖譜，因其系數(shù)不是無因次的，必須注意其各自原設(shè)定的計算單位，并進行必要的換算。此外，如果所計算的運轉(zhuǎn)介質(zhì)與資料中所指明的不同，則對某些系數(shù)應(yīng)進行換算。例如，用淡水中的為參數(shù)的資料計算海水中運轉(zhuǎn)中的槳時，應(yīng)將值乘以（淡水/海水）1/2（）；反之，用海水中為參數(shù)的資料或圖譜設(shè)計淡水中的螺旋槳時，應(yīng)將值乘以（淡水/海水）1/2（）。其次，沒有采用圖譜數(shù)據(jù)的原因是為了避免設(shè)計是因不同設(shè)計階段采用不同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形成的誤差，此誤差有時可使同一螺旋槳在同一狀態(tài)下所對應(yīng)的主機功率相差5%。而數(shù)據(jù)時螺旋槳其他性能圖譜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在繪制類圖譜時，為了曲線的光順已偏離原值，具有較大的誤差。應(yīng)用圖譜，可以解決全部螺旋槳的敞水性能計算和設(shè)計中主要參數(shù)選擇（直徑和螺距，最佳轉(zhuǎn)速等）的問題，但在設(shè)計計算中需要進行迭代計算求解，如用人工計算，比較繁復(fù)，不夠直觀。類圖譜則由于圖譜上可表達出一定設(shè)計條件下的最佳的參數(shù)配合，使用于人工計算使用。因此，本文利用計算機編程采用敞水性征曲線來設(shè)計螺旋槳，在設(shè)計過程中避免了因為圖譜的轉(zhuǎn)換及其人工操作等而帶來的設(shè)計誤差。第四章船用螺旋槳繪圖4.1船用螺旋槳二維繪圖在螺旋槳設(shè)計完成，并取得螺旋槳幾何數(shù)據(jù)后，就需要繪制螺旋槳的總圖，以供制造需要。船用螺旋槳是典型的曲面零件。有其獨特的表達和繪制方法。要繪制和表達船用螺旋槳，尤其是葉片曲面首先要了解螺旋槳的作用原理，其次還要了解螺旋槳曲面的性質(zhì)。如曲面的可展性、葉片曲面的曲線的變化性等。因為這有可能導(dǎo)致表達方法是不同的?，F(xiàn)在簡單扼要地介紹一下船用螺旋槳繪制的基本知識。螺旋槳通常裝于船的尾部螺旋槳通常由槳葉和槳轂構(gòu)成。圖4.1是船用螺旋槳的各部分的名稱和結(jié)構(gòu)圖。由船尾后面向前看時所見到的螺旋槳槳葉的一面稱為葉面，另一面稱為葉背。槳葉與轂連接處稱為葉根，槳葉的外端稱為葉梢。螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時槳葉邊緣在前面者稱為導(dǎo)邊，另一邊稱為隨邊。當(dāng)螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時，由船后向前看去所見到的旋轉(zhuǎn)方向為順時針者為右旋槳。反之則為左旋槳。裝于船尾兩側(cè)之螺旋槳，在正車旋轉(zhuǎn)時其上部向船的中線方向轉(zhuǎn)動者稱為內(nèi)旋槳。反之則為外旋槳。圖4.1螺旋槳各部分名稱4.1.1基本內(nèi)容通常螺旋槳的二維圖繪制包括三個視圖，即螺旋槳的主視圖、側(cè)視圖和螺旋槳的伸張輪廓圖。4.1.1.1螺旋槳的伸張輪廓圖將各半徑處共軸圓柱面與槳葉相截的各切面展成片面后，以其弦長置于相應(yīng)半徑的水平線上，并光順聯(lián)接斷點所得之輪廓稱為槳葉的伸張輪廓。如圖4.2所示。圖4.2螺旋槳伸張輪廓圖4.1.1.2螺旋槳的主視圖螺旋槳的主視圖是螺旋槳在垂直于槳軸平面上的投影。習(xí)慣上以船舶的前進方向為主視圖投影方向(由船尾向船頭看)，且只畫正上方的一片槳葉及槳毅的一半或全部。并在上方用箭頭表示出螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向。如圖4.3所示。圖4.3螺旋槳主視圖4.1.1.3螺旋槳的側(cè)視圖螺旋槳的側(cè)視圖是螺旋槳在平行于槳軸平面上的投影。一般畫右視圖。有時畫出徑向最大厚度線。如圖4.所示。圖4.4螺旋槳側(cè)視圖4.1.2投影原理通常在設(shè)計過程中，已經(jīng)決定了螺旋槳各半徑處切面形狀和槳葉的伸張輪廓。繪制螺旋槳，是以輻射參考線作為測量基準(zhǔn)線的。母線向船尾傾斜時，輻射參考線也向后傾斜。一般后傾角。圖4.5螺旋槳幾何作圖4.1.2.1坐標(biāo)系的建立如圖4.5所示，設(shè)C1點的坐標(biāo)為（，），B1點的坐標(biāo)為（，）。設(shè)X軸為“r/R”所在的直線；Y軸為輻射參考線TU，A1為該坐標(biāo)系的原點。在圖4.5（c）中設(shè)的坐標(biāo)為（x3，y3）；的坐標(biāo)為（x4，y4）；X軸為“r/R”所在的直線，y值可在“r/R”所在直線的垂直方向上量取。為該坐標(biāo)系的原點。為簡單起見，x、y值不分正負。4.1.2.2坐標(biāo)的計算投影原理圖4.5是根據(jù)螺旋槳幾何制圖法作出的某一半徑OA=r時的切面。在圖4.5（a）中：式及式的數(shù)值在圖4.5（b）中是以曲線的形式反映出來，即：，。式中：P——螺距，m；D——螺旋槳直徑，m；r/R——相對半徑；——螺旋角；=1\*GB3①角的計算在圖4.5（b）中，連接OC1、A1C1，設(shè)則：同理：=2\*GB3②x，y值的計算如圖4.5（b）所示，若要求C1、B1兩點的坐標(biāo)，只要求出A1D、C1D、A1D1、B1D1的長度值即可，現(xiàn)以求C1點坐標(biāo)為例。即：C1（x1，y1）點的坐標(biāo)為（，）；B1（x2，y2）點的坐標(biāo)為（，）。圖4.5（c）中的及值就等于圖1（a）中的和，只是兩者量取點不同。圖1c中是以A‘為原點（r/R所在的直線與輻射基線之交點）在r/R所在的直線上量取橫坐標(biāo)。因此，、點橫坐標(biāo)為；。根據(jù)螺旋槳制圖的投影原理可知：，，即：（x3，y3）點的坐標(biāo)為（，）（x4，y4）點的坐標(biāo)為（，）式中：AC——輻射基線到導(dǎo)邊的距離，mm；AB——輻射基線到導(dǎo)邊的距離，mm；4.1.3圖形處理為了便于協(xié)調(diào)相互之間的關(guān)聯(lián)尺寸，本文通過選定坐標(biāo)基點保證螺旋槳伸張輪廓圖、正投影圖和側(cè)投影圖在同一圖面上。圖4.6基線與豎軸建立如圖4.6所示的由基線和豎軸組成的坐標(biāo)系，將基點設(shè)置在坐標(biāo)系WCS的原點O(0,0)處，豎軸與基線的交點O1,(L1,0),02(L2,0),03(L3,0)分別為伸張輪廓圖、正投影圖和側(cè)投影圖的坐標(biāo)基點。L,L1,L2,L3的值與螺旋槳總圖的布置有關(guān)，采用以下函數(shù)關(guān)系一般都能滿足圖面整齊、協(xié)調(diào)、美觀的要求。4.2船用螺旋槳三維繪圖4.2.1螺旋槳的三維立體成形在計算機圖形學(xué)中，表達立體方式有二維和三維兩種。二維表達法主要是通過各種透視原理和透視方法在平面上產(chǎn)生立體的某一側(cè)面的視覺效果。比如各種軸側(cè)圖等。這種方法建立的是立體效果或立體感，是經(jīng)不起視點變換和真正的立體運算的。真正的立體在空間是三維的，因此，要表達真實的立體，要用三維的方法。用三維方法表達的立體是通過建立物體的三維模型實現(xiàn)的。這樣的立體可以通過改變視點來觀看立體各不同角度的效果;實體之間可以進行交、并、差等布爾(Boolen)運算。建立三維造型的方法很多，如幾何造型法、分形造型法、特征造型法以及從二維線框信息或二維圖象信息構(gòu)造形體的算法。一般常用的方法是幾何造型方法。其它方法具有一定的專用性，且原理和運算都不一致，但如果運用，可以擴大傳統(tǒng)幾何造型方法的覆蓋域和速度。4.2.1.1幾何造型幾何造型是通過對點、線、面、體等幾何元素，經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)、變化等兒何交換和交、并、差等集合運算，產(chǎn)生實際或想象的物體模型。也就是以計算機能夠理解的方式對三維幾何形體進行確切的定義，即賦予一定的數(shù)學(xué)描述，再以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式對定義的幾何實體加以描述，從計算機內(nèi)部構(gòu)造一個幾何實體模型，再用圖形輸出設(shè)備輸出。通過這種方法和描述的三維實體必須是完整的、簡明的和唯一的，并且能夠從構(gòu)造的模型上提取設(shè)計制造過程中所需的全部信息，或通過某些運算自動生成。由于計算機圖形學(xué)的發(fā)展及計算機輸出設(shè)備功能的提高，使得通過計算機來表達、控制、分析和輸出幾何形體成為可能，設(shè)計人員在設(shè)計過程中可以采用真實的零件實體。幾何造型在工程和產(chǎn)品CAD/CAM、工藝美術(shù)品及廣告影視的計算機輔助制作等方面都是核心和基礎(chǔ)。4.2.1.2常用坐標(biāo)系幾何形體的定義和圖形的輸入輸出都是在一定的坐標(biāo)系下進行的，圖形輸入輸出中常用的坐標(biāo)系分為以下五種，參考圖：1）造型坐標(biāo)系(ModelingCoordinateSystem，簡稱MC)是右手三維坐標(biāo)系。用來定義形體或圖素，對于定義的每一個形體和圖素都有各自的坐標(biāo)原點和長度單位，這樣可以方便形體和圖素定義。這里定義的形體和圖素經(jīng)調(diào)用可放在用戶坐標(biāo)系中的指定位置。因此造型坐標(biāo)系又可看作是局部坐標(biāo)系，而用戶坐標(biāo)系可看作是全局坐標(biāo)系。2）用戶坐標(biāo)系(WorldCoordinateSystem，簡稱WC)用戶坐標(biāo)系是右手三維坐標(biāo)系，一般與用戶定義形體和圖素的坐標(biāo)系一致。用于定義用戶整圖或高層圖形結(jié)構(gòu)，各種子圖、圖組、圖素經(jīng)調(diào)用后都放在用戶坐標(biāo)系中的適當(dāng)位置。3）觀察坐標(biāo)系(ViewingCoordinateSystem，簡稱VC)是左手三維坐標(biāo)系，可在用戶坐標(biāo)系的任何位置、任何方向定義。有兩個主要的用途，一是用于指定裁剪空間，確定形體的哪一部分要顯示輸出;二是通過定義投影平面，把三維形體的用戶坐標(biāo)變換成規(guī)格化的設(shè)備坐標(biāo)。投影平面是在觀察坐標(biāo)系中定義的，用戶在此平面上定義觀察窗口。用戶坐標(biāo)系與觀察坐標(biāo)系的關(guān)系如圖。4）規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系(NormalizedDeviceCoordinate，簡稱NDC)。5）設(shè)備坐標(biāo)系(DeviceCoordinateSystem，簡稱DC)。圖4.2.1.3形體在計算機內(nèi)的表達在幾何造型中，基本的元素是點、邊、面、體，形體在計算機中常用的表示模型有線框模型、表面模型和實體模型三種。下面的表是三種模型的功能比較。模型表示應(yīng)用范圍局限性二維線框畫二維線框圖無觀察參數(shù)的變化不可能產(chǎn)生有實際意義的形體三維線框畫二、三維線框圖不能表示實體，圖形會有二義性表面模型藝術(shù)圖形、形體表面顯示、數(shù)控加工不能表示實體實體模型物性運算、有限元分析、用集合運算構(gòu)造形體只能產(chǎn)生正則實體抽象實體的層次較低在螺旋槳表面模型的建立過程中，考慮到螺旋槳的型值點排序較好。因為船用螺旋槳的型值點是由各截面按有序的方式給定的，各截面的型值點都在圍成各截面的邊界曲面上。因此，可以用一種比較簡單的方法，即曲線擬合的方法建立表面模型。這種方法具體如下：先擬合各截面的邊界曲線，然后擬合曲線的控制頂點以得到曲面的控制頂點。這種方法的優(yōu)點是：利用向量產(chǎn)生B樣條表面的特征值，以便更快的運算。線框、表面和實體模型是一廣義的概念，并不反映形體在計算機內(nèi)部或?qū)ψ罱K用戶而言所用的具體表示方法。對計算機或用戶而言常用的形體表達方法有特征表示、構(gòu)造實體幾何表示、邊界表示以及單元分解表示和掃描表示。對于一個幾何造型系統(tǒng)，不可能同時采用上述五種表示，也不可能只采用一種表示。一般根據(jù)應(yīng)用的要求和計算機條件采用上述幾種表示的混合方式。針對不同的表示方式，幾何造型系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也有所不同。從用戶的角度看，形體表示以特征表示和構(gòu)造實體幾何表示(CSG)較為方便；從計算機對形體的存儲管理和操作運算角度看，以邊界表示(Brep)最為實用。4.2.2船用螺旋槳三維模型螺旋槳是目前船用推進器中效率較高、應(yīng)用最廣的一種。近年來,隨著我國海洋經(jīng)濟的發(fā)展,近海經(jīng)濟型船只和水下航行器的設(shè)計制造需求不斷增多。對于大量使用的內(nèi)河及近海船用小型螺旋槳的加工,傳統(tǒng)的手工操作方式越來越多地被具有良好加工精度的數(shù)控加工方式取代。螺旋槳的數(shù)控加工編程首先需要對螺旋槳進行三維實體建模。本文利用坐標(biāo)變換方法獲得螺旋槳曲面型值空間坐標(biāo),再使用計算機輔助設(shè)計軟件生成曲面,從而提供了一種簡便實用的螺旋槳三維建模方法。螺旋槳總體的造型設(shè)計是以槳葉的基本投影原理為基礎(chǔ)的。不同半徑的同心圓柱面與槳葉相截得到一系列的葉切面。傳統(tǒng)的螺旋槳手工作圖法的幾何視圖表達方式是根據(jù)螺旋槳圖譜提供的槳葉輪廓尺寸表和槳葉切面尺寸表等數(shù)據(jù)繪制出正投影圖,側(cè)投影圖和伸張輪廓圖。對于三維建模來說,螺旋槳曲面型值計算的任務(wù)是通過導(dǎo)出繪制螺旋槳曲面所需的所有型值點的空間坐標(biāo)與已知設(shè)計條件之間的關(guān)系式,再用此式計算得到計算機輔助設(shè)計軟件繪圖所能直接使用的曲面基準(zhǔn)點坐標(biāo)值,進而為數(shù)控加工程序的生成工作做準(zhǔn)備。已知螺旋槳基本參數(shù),且已知螺旋槳各葉切面的形狀尺寸,即已知輻射基線至隨邊、輻射基線至導(dǎo)邊、切面弦長、切面最大厚度、切面最厚處至導(dǎo)邊的尺寸和不同半徑處切面縱坐標(biāo)。以半徑為Ri的共軸圓柱面與螺旋槳槳葉相截,所得的葉切面如圖1（a）中陰影部分所示,將此葉切面沿圓柱面展開得到圖1（b）中所示的葉切面展開圖。螺旋槳圖譜以切面最厚處為基準(zhǔn)提供了葉切面展開圖中面線和背線上各等分點的相對位置關(guān)系。下面推導(dǎo)將各葉切面上等分點的局部坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值的坐標(biāo)變換式。圖1中OH為基線，為縱斜角,螺旋角為。全局坐標(biāo)系OXYZ的OXY平面與螺旋槳輪轂端面平行。點為基線與圓柱面的交點，坐標(biāo)系與OXYZ平行。坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中，O1Z1軸經(jīng)過葉切面的最厚處,O1點為螺旋線與葉切面的切點。O1UVW坐標(biāo)系的規(guī)定如圖1(b)中所示。O1UVW坐標(biāo)系可以通過一次旋轉(zhuǎn)與O1X1Y1Z1坐標(biāo)系重合,由此可得:由(1)式可得:如果已知O1X1Y1Z1中點M的坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)，由式(2)可得其在O1UVW坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。由圖1(b)可知:式中：L=L1-L2；L1——導(dǎo)邊至基線的長度；L2——最厚度至基線的長度。將其轉(zhuǎn)換到原點與O點重合的柱坐標(biāo)系(Ri，，Z)中,可得:式中：。由圖1(a)可得到坐標(biāo)變換關(guān)系:由公式(2)～(5)整理可得:式(6)即為曲面型值點的局部坐標(biāo)到全局坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式。第五章基于NAPA的螺旋槳設(shè)計程序開發(fā)5.1NAPA軟件及其二次開發(fā)平臺NAPA軟件主要用于船舶初步設(shè)計和基本設(shè)計，特別擅長處理船舶設(shè)計早期階段所必須的眾多設(shè)計變量禍和及不可避免的大量設(shè)計更改和多方案對比。NAPA軟件也可以用來進行各種船舶性能計算并生成完工文件。利用NAPA軟件生成的三維船型，可以在船舶設(shè)計全過程中使用。作為一種成熟、先進的專業(yè)軟件，NAPA具有以下特點：普遍適用于各種類型船舶設(shè)計；靈活多樣的輸人輸出格式；具有直觀友好的三維圖形用戶界面；既可以用于船舶初步設(shè)計，也可以生成完工文件；對于電腦軟、硬件環(huán)境的寬泛適用性；開放式的平臺系統(tǒng)，具有強大的二次開發(fā)手段，并提供眾多與其他軟件的接口；為全球權(quán)威海事管理機構(gòu)和船級社認可和采用。諸如ABS,BV，DNV,GL，HRS，LR,RINA等均使用NAPA軟件；具有完備的客戶技術(shù)支持體系，并定期舉辦專門培訓(xùn)；每年提供兩次版本升級。5.1.1NAPA軟件開發(fā)簡介伴隨著軟件自身的不斷更新、完善，其在船舶性能計算方面的作用越發(fā)重要，成為船舶設(shè)計中不可或缺的軟件之一，在全世界范圍內(nèi)24個造船國家的146家船廠、設(shè)計公司、研發(fā)機構(gòu)和船級社都在利用NAPA這一有力的工具，從事各種船型的設(shè)計開發(fā)。目前，SDARI設(shè)計的船舶絕大多數(shù)的性能計算都是通過NAPA軟件完成。并且，近年來隨著高效精確的船體三維建模在船舶生產(chǎn)設(shè)計中的不斷推廣，對于三維建模軟件的需求也與日俱增。NAPA公司非常及時的對其三維結(jié)構(gòu)建模板塊NAPASteel進行了深化和完善，SDARI也在此期間多次參與了該模塊的測試工作。2007年初正式使用進行船舶的研發(fā)和設(shè)計工作。該院引進后將其應(yīng)用到多型船的研發(fā)和設(shè)計中，包括（23000噸礦沙船的研發(fā)和設(shè)計、300000噸礦沙船的先期開發(fā)、5000PCTC汽車滾裝船的設(shè)計、6800TEC集裝箱船的研發(fā)、32400雙殼散貨船的研發(fā)和設(shè)計）。NAPA軟件公司在其數(shù)據(jù)庫中開發(fā)了一系列可以進行復(fù)制、清除和應(yīng)用不同的檢驗過的模塊，這些模塊可以讓使用者更好的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)，使得NAPAManager組件更加完善。該組件于2001年推出，旨在為更好地組織和管理復(fù)雜的船舶設(shè)計過程提供簡單、實用的輔助手段。在新的NAPA版本中，該組件得到進一步充實，增加了許多設(shè)計模板。有經(jīng)驗的用戶可以利用這些模板使工作流程更加順暢高效。同時該組件也有助于新用戶更快地掌握NAPA系統(tǒng)。該組件的一個使用實例是根據(jù)SOLAS的有關(guān)規(guī)定進行概率破艙穩(wěn)性的計算。計算過程中的每一個任務(wù)都被集成到一個樹形目錄下，用戶可以據(jù)此循序漸進地完成從最初的定義分艙到最終的計算和優(yōu)化全過程。本論文開發(fā)的模塊是在NAPAManager中創(chuàng)建的。Manager是一個實施和發(fā)展管理應(yīng)用程序的工具，應(yīng)用管理程序是由一系列宏定義、VARDEF表格以及