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第三章
船舶阻力不断增加时的螺旋桨性能
重载运行螺旋桨与轻载运行螺旋桨之间的区别可以用一个例子来解释，如图9.12所示，以一艘美国与荷兰共同建造的船舶作为参考，当在平静的天气条件下时，此船以15节速度和100%相对推进功率运行。当功率增加15%，船舶相应的速度可能会从15节增加到15.6节。
正如第3章中所描述的，与在平静的天气时相比，通常需要合并一个额外的功率储备，这个功率储备就是所谓的海上功率储备，通常被定为15%。此功率储备是为了应对由天气条件引起的船舶额外阻力所造成的影响。然而，按照第一章所描述的那样，当天气条件非常恶劣时，影响可能会更大。
如图12a，推进功率被看作船舶速度的一个函数。当阻力增加到需要用额外15%动力维持船舶速度稳定在在15节时，操作点A将移向点B。
图12a 海上功率储备为15%时的船舶性能
图12b中的推进功率被当作螺旋桨速度的函数。作为第一个猜测，通常假设由于螺旋桨速不变，点A将移向点B，其中螺旋桨速度不变意味着在螺距不变的情况下，螺旋桨将以一个固定的速度在水中运转。
如果螺旋桨是一个螺旋运动的金属栓，那么这种假设就是正确的。然而，水不是固体塞所以会屈服，并且螺旋桨会滑动，由于船体阻力增加，螺旋桨推力也会增加，而这个滑动会随着推力的增加而增加。因此，点A将会移向点B，而事实上点B非常接近通过A 的螺旋桨曲线。于是B点现在位于一个螺旋桨曲线上，这个螺旋桨曲线与船体干净、天气平静时的曲线相比也算是重载运行。
图12b 海上功率储备为15%时的螺旋桨速度性能
有时候，比如当船体结垢，又在波涛汹涌的海上逆风航行时，相对于100%或更高的额外电力需求，阻力增加地更多，如图12c。
在这个例子中，100%动力时，点A条件下的船速是15节；干净船体与平静天气条件下的的船速是12.3节，而点C条件下，船舶将只需要约50%的推进动力。然而，在之前提到的重载运行条件下运行时，船舶在100%推进动力下速度只可能有12.3节，即从点A到D点动力一直是100%。D点现在可能被放置在一个相对于A点很遥远的位置，即负载非常重的运行。因此当我们画一些与螺旋桨设计有关的主机的相关曲线时，像第3章中所描述的这样的情况要必须要考虑到。
一个倾斜的螺旋桨（带有弯曲的叶尖）比一个正常的螺旋桨对重载运行更敏感，因为前者在重载运行条件下能够承受更高的扭矩。而对于一个导管螺旋桨来说，效果则相反。
巨浪，大海以及大风等不利因素
图12c 有一个大的额外阻力时的船舶速度性能
当船舶航行在海浪阻力很大的汹涌的大海上时，螺旋桨运行负载比在平静的天气下还要重7-8%，即在相同的推进动力下，运转速率可能降低7-8%。例有一艘更小的集装箱船示于图13。该船检修数据的测量时间超过一年，并且还只包括天气条件的影响！由于监测点已减少到只监测三个平均天气状况，并且只显示在极端恶劣的天气条件下6%重载运行的平均值，因此，实际上，其运行负载甚至会更重一点。
图13 单螺杆集装箱船一年期间的运行数据
为了避免在恶劣的天气下船舶发生碰撞，并因此对螺旋桨的轴和转子造成损害，航行值班员通常会降低航行速度。
图14 冷藏船在航行试验中的功率，螺旋桨和船舶速度的测量关系
另一个测量的例子，如图14所示，同样适用于海试期间的冷藏船。即使风速相对较低，只有2.5米/秒，且浪高为4米，但测量结果依旧表明船舶逆风航行时比顺风航行时运行负载重约1.5%。
图14b 航速为14节的小船舶的海上功率储备的影响
如图14b所示的是另外一个关于一个较小船舶的例子。
本例显示了一个航速为14节的船舶。
船舶加速
当船舶加速时，螺旋桨将承受到比在自由航行时更大的负载。因此，螺旋桨所需的动力将相对高于自由航行时需要的动力，并且在螺旋桨转速达到了新的更高的水平之前还需要一些时间，所以发动机的操作情况将是重载运行。
图15 加速时的负载图
如图15所示的例子是有两种不同加速的船舶，它们的发动机没有电子调速器和扫气压力限制器。第三章中还描述了扫气空气压力限制器与负载图。
浅水水域
当在浅水水域航行时，船舶的残余阻力可能会增加，在船舶加速时也一样，螺旋桨将比在自由航行时承受更大的负荷，并且螺旋桨将会是重载运行。在一般情况下，当海水深度超过船舶吃水10倍时，船舶将不会再受任何水深的影响。
排水量的影响
当船舶装载货物航行时，船舶的排水量将比有效负载条件下的平均排水量高或者低10%。当然，船舶排水量对船舶阻力以及所需推进动力也有影响，但对螺旋桨曲线只有很小的影响。
另一方面，当船舶在压载条件下航行时，吃水量与装载时相比可能低得多，并且相应的螺旋桨曲线与装载时的曲线相比可能运行负载低2%，即给螺旋桨同样的动力，转速将会高出2%。
引起螺旋桨重载运行的参数
连同先前描述的造成螺旋桨重载运行的操作参数，当在恶劣天气状况和海况下，以下概括的参数也可能指示出螺旋桨重载运行的风险：
1相对较小的船只（＜70000 DAT）如冷藏集装箱船和小型集装箱船都易受影响，而大型船舶，如大型油轮和集装箱船则相对不容易被影响，因为波浪相对于船的尺寸来说都比较小。
2小型船只（LPP lt; 135masymp;20000 DAT）具有较低的稳定性和方向性，因此，需要经常性修改舵的方向，这可能会使船舶的阻力增加（自动控制舵会减少船舶阻力）。
3高速船比低速船更容易受影响，因为与慢速船相比，海浪将对快速船产生一个相对较大的推力。
4同样速度下，船首较平的船可能会比船首锋利的船更快地慢下来。因为一个斧头形的船首可以更好地切割波浪，从而减弱重载运行趋势。
5船体和螺旋桨的污垢会增加船体阻力和螺旋桨的扭矩。尽可能经常地对螺旋桨（特别是顶端）进行抛光处理可能会有所改善。使用有效的防污涂料能防止活生物体引起的污垢。
6船舶加速会增加螺旋桨的扭矩，从而导致螺旋桨短暂重载运行。
7在浅水中航行的船舶阻力增加，方向稳定性降低。
8配有斜螺旋桨的船舶能够在重载运行条件下承受更高的扭矩。
系桩拉力
有时主机在有系桩拉力的情况下保持船舶螺旋桨持续运转来进行测试。船的速度是V = 0 kn并保持最大持续功率。
发动机测试通常只需要包含:
1。开始，停止和逆转
2。正确的发动机旋转检查
3。检查安全功能
并且发动机的负荷通常约是正常船只（不包括拖船）SMCR的10-20%。
测量结果表明，当有系桩拉力时，螺旋桨曲线将大约是重载运行时的15-20%，当然这取决于螺旋桨的安置及船舶类型。在恶劣海况下，这个重载运行的数值与先前提到的相比还要高出7-8%。
机动速度和螺旋桨旋转
低于一定船速的操作速度称为机动速度，而舵的机动性不足是因为水到达舵的速度太慢了。给适当的机动速度以一个明确的数值是相对有点难的，因为水到达舵的速度取决于螺旋桨的滑流。
经常提到一个3.5-4.5节这个级别的机动速度。根据螺旋桨运行规律，需要的推进动力相对较低，当然，恶劣天气状况下，阻力增加，那么需要的推进动力也相对较高。
- 螺旋桨旋转方向（侧向推力）
当船航行时，螺旋桨叶片在最低的位置比在最高位置嵌的更紧。水越浅，由此产生的侧推力影响越大，例如，在海港演习时。
因此，顺时针（从后到前）旋转的螺旋桨会将船尾推向右舷方向，即正常向前运行时推船干靠向港口。这种侧推力由舵抵消。当反转螺旋桨进行倒车时，例如，当靠泊码头，侧推力作用也被翻转，造成进一步明显的船速下降。这种行为意识在危急情况下和在港演习时是非常重要的。
根据参考153页的文献[ 5 ]，螺旋桨逆转期间侧推力产生的真正原因是，螺旋桨产生的旋转滑不停击打船舶后体的上部。
因此，驾驶员必须清楚地知道船舶在一个给定的情况下是如何反应的。因此，有一条不成文的规定，在船上装有一个固定螺距螺旋桨，在向前航行时，这个螺旋桨总是被设置为顺时针旋转。当然，一个直接耦合的主机也会有相同的旋转。
反转倒车时，在装有可调螺距的螺旋桨的船上，为了获得相同的侧推力影响，CP螺旋桨设计成向前航行时逆时针旋转。
第三章
发动机布线设计和负载图
功率函数和对数刻度
众所周知，柴油发动机的有效制动功率与平均有效压力（MEP）和发动机转速（推进速率）成比例，当将C看作常数，制动功率表示如下：
制动功率= Ctimes;推进功率times;N
或者，换句话说，恒定推进功率时，动力与转速成正比：
制动功率 = Ctimes;（恒定推进功率）
正如已经提到的那样，当与一个固定螺距螺旋桨运转时，根据螺旋桨的规律，可以将功率表示为：
制动功率 = Ctimes;（螺旋桨规律）
因此，对于上述的例子，制动功率可以表示为速度N相对于功率i的一个函数，即：
制动功率＝Ctimes;
图16 线性函数之间的对数关系
图16显示了线性函数之间的关系，y = ax b，看（A），使用线性表和功率函数， = Ctimes;Ni，看（B），使用对数比。
当使用对数比时，功率函数将是线性的：
log（）=itimes;log（n） log（c）
这相当于：y=ax b
因此，螺旋桨曲线将与i＝3这条倾斜线平行，而恒定功率线将与i＝1斜线平行。
因此，在柴油发动机的布线设计和负荷图中，如下面的描述，使用对数制作带有直线的简单图表。
推进和发动机运行点
- 螺旋桨设计点
通常情况下，假设操作条件最佳，即船体干净和天气良好，对必需的螺旋桨功率和速度的估计是根据负载船舶理论计算的，并且都属于实验性的船模水池试验。速度和功率的组合可以被称为船舶的螺旋桨设计点，该点位于轻载运行的螺旋桨曲线6，见图17。另一方面，一些船厂和/或螺旋桨制造商有时会用螺旋桨设计点，这其中包含全部或部分下面描述的所谓的海上功率储备。
- 结垢船体
当船已航行了一段时间，船体和螺旋桨会变脏且船体的阻力会增加。因此，船的速度将减少，除非发动机提供更大的动力来推动螺旋桨，即螺旋桨将进一步负载并变成重载运行模式。
此外，当船舶被交付使用时，较新的高效率的船舶有一个相对较高的船速，和一个非常光滑的船体与螺旋桨表面（在海上试验）。
这意味着与制造出来表面就粗糙的老船相比，在海试过后的海洋运营中造成的船体与螺旋桨表面粗糙可能会导致螺旋桨运行负载相对较重。
- 恶劣天气时有海上功率储备的发动机布线设计图
如果，在同一时间，天气不好，还逆风，船舶的阻力可能会增加更多，从而导致更重的运行。
当确定了所需发动机功率，那再增加了一个额外的功率储备和海上功率储备是一个很正常的做法，大小通常是螺旋桨设计功率15%。然而，对于大型集装箱船，也可能是20-30% 。
当为了发动机的布线设计而决定必需的发动机速度时，应该选择运行负载更重一些的螺旋桨曲线2（与干净船体与平静天气条件下的螺旋桨曲线6相比），如图17；相比之下，曲线6比曲线2的推进速率高 3-7%，通常选择5%。
图17 船舶推进运行点和发动机布置图
注意，选择了海上功率储备不等于选择了重载发动机螺旋桨曲线。
- 连续航行推进点
船体结垢和恶劣天气条件下，由此产生的速度和力量的结合(当包括螺旋桨重载运行及高海上功率储备)被称作“连续推进航行的能力”。结垢船体和恶劣的天气条件下的重载运行螺旋桨曲线2通常会被用作运行中的发动机工作曲线的基础，而干净船体与平静天气条件下的螺旋桨曲线6，据说代表着螺旋桨“轻载运行”。
- 连续运行能力评定S
连续运行能力评定指的是在包括海上功率储备的情况下，假设发动机正在操作时的功率，并且除非安装了轴带发电机，否则点S的功率与航行推进点是相同。
- 轻载运行系数
之前提到过，如果没有安装轴带发电机，那么船体结垢和恶劣天气条件下的重载运行螺旋桨曲线通常会被用作运行中的发动机工作曲线的基础，而干净船体与平静天气条件下的螺旋桨曲线6可能对新船舶的运行条件是有效的，并且还决定了螺旋桨的布线设计/设计曲线。
因此，干净船体与平静天气条件下的轻载运行螺旋桨曲线就代表着“轻载运行”LR推进，并且通过轻运行系数的一些方式，它还会与脏船体和恶劣的天气条件下的重载运行螺旋桨曲线有关，而与重载运行的转速相比，在推进动力相同时，被看作转速n的百分比增加，即
- 发动机功率储备
除了海上功率储备，一些10-15%所谓的“发动机功率储备”也经常被当作操作功率储备加给发动机。相应的点称为“用于推进的特定MCR”点，见图17，顺便还说明了一个事实，
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