船舶推进概念.doc

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1、1-1推进器：在船上需设有把能源发动机发出的功率转换为推船前进的功率的专门的装置或机构。1-2快速性：指船舶在给定主机功率情况下，在一定装载下以一定的航速航行的能力于水中航行的快慢问题。1-3对快速性的要求四方面：船舶于航行时所遭受的阻力要小，即所谓的优良线型的选择问题选择推力足够，且效率高的推进器选取适宜的主机推进器与船体与主机之间协调一致。1-4推进器类型及特点：螺旋桨：构造简单、价格低廉、使用方便、效率较高风帆：可利用无代价的风力，但推力依赖于风向与风力，故船的速度与操纵性能都受到限制明轮：机构笨重，在波涛中操纵性差且易损坏直叶推进器：操纵性能好，效率较高，汹涌海面下，工作情况也较好，但

2、机构复杂，造价昂贵，叶片易损坏喷水推进器：具有良好的保护性，操纵性能好，但减少了船的有效载重，且推进效率低水力锥形推进器：构造简单，设备轻便，常用于航行在浅水及阻塞航道中的船。1-5有效功率推进器所产生的实际有效功率：船以速度v航行时所遭受的阻力为R，那么阻力R在单位时间内所消耗的功为Rv，而有效推力Te在单位时间内所作的功为Tev，两者数值相等，故Tev或Rv为有效功率PE。1-6推进系数PC：有效功率与主机功率之比，为多种效率相乘之综合名称，通常可以表示用某种机器及推进器以推进船舶之全面性能，推进系数越高，船舶的推进性能越好。1-7本课程主要研究：推进器在水中运动时产生推力的根本原理以及它

3、的性能好坏效率上下等问题，然后解决如何根据实际的要求设计出一个性能优良的推进器问题。推进器效率、空泡、强度、振动船-桨-机配合问题螺旋桨设计。2-1 螺旋桨各局部名称通常由桨叶与桨毂构成：桨毂：螺旋桨与尾轴连接局部毂帽：为减小水阻力，在桨毂后端加的整流罩，与桨毂形成一光顺流线型体叶面及叶背：由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面为叶面，另一面为叶背叶根：桨叶与毂连接处叶梢：桨叶的外端导边及随边：螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者为导边，另一边为随边梢圆：螺旋桨旋转时设无前后运动叶梢的圆形轨迹螺旋桨直径D：梢圆的直径螺旋桨的盘面积Ao：梢圆的面积右左旋桨：当螺旋桨正车旋转时，由船后向前看去所见

4、到的旋转方向为顺时针者为右旋桨，反之为左旋桨。2-2 螺距P：母线绕行一周在轴向前进的距离假设母线为直线且垂直于轴线，那么形成的螺旋面为正螺旋面假设母线为直线但不垂直于轴线，那么形成斜螺旋面当母线为曲线时，那么形成扭曲的螺旋面。2-3节线及螺旋线：将半径为R的圆柱面展成平面，那么为一底边长2R高为P的矩形，螺旋线变为的斜线矩形的对角线为节线。母线上任意一固定点在运动过程中所形成的轨迹，或任意共轴圆柱面与螺旋面相交的交线为螺旋线。2-4螺距角：节线与底边间的夹角，tan=P/2R。2-5螺旋桨的螺距：等螺距螺旋桨r1r223：螺旋桨上任意半径处的面螺距变螺距螺旋桨螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等：

5、取半径为07R或075R处的面螺距代表螺旋桨的螺距，P07R或P075R。2-6螺距比P/D：面螺距P与直径D之比。2-7桨叶的切面叶切面或叶剖面：与螺旋桨共轴的圆柱面与桨叶相截所得的切面。机翼形切面：效率较高，但空泡性能较差弓形切面：空泡性能较好，但效率较低棱形切面月牙形切面。2-8内弦：连接切面导边与随边的直线；外弦。对于系列图谱螺旋桨，外弦为弦线；理论设计螺旋桨：内弦为弦线。弦长为b。2-9叶厚：切面厚度以垂直于所取弦线方向与切面上下面交点的距离来表示，其最大厚度t为叶厚。2-10叶厚比切面的相对厚度：叶厚t与切面弦长b之比，=t/b。2-11拱线、拱度及拱度比：切面的中线或平均线称为拱

6、线中线。拱线到内弦线的最大垂直距离为切面的拱度，以fM表示。fM与弦长b之比为切面的拱度比f=fM/b。2-12桨叶叶面或辐射参考线：叶面中间的一根母线作为图的参考线。2-13纵斜角：假设为斜螺旋面，参考线与轴线的垂线成的夹角。纵斜zR：参考线线段在轴线上的投影长度纵斜螺旋桨一般向后倾斜，可增大桨叶与尾框架或船体间的间隙，以减小螺旋桨诱导的船体振动。但纵斜不宜过大，会因离心力而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶强度不利。2-14投影轮廓：桨叶在垂直于桨轴的平面上的投影为正投影，其外形轮廓为投影轮廓。投影轮廓对称与参考线的为对称叶形，反之为不对称叶形。投射面积AP：螺旋桨所有桨叶投影轮廓包含面积的总与

7、。2-15 伸张轮廓：将各半径处共轴圆柱面与桨叶相截的各切面展成平面后，以其弦长置于相应半径的水平线上，并光顺连接端点所得之轮廓。伸张面积AE：螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积的总与。2-16 展开轮廓：将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓。展开面积AD：各桨叶展开轮廓所包含面积的总与。2-17 三种面比：投射面比：投射面积AP与盘面积Ao之比伸张面比：伸张面积AE与盘面积Ao之比展开面比：展开面积AD与盘面积Ao之比伸张面积与展开面积极为接近，均为叶面积，伸张面比与展开面比均称盘面比或叶面比。盘面比大小表示桨叶的宽窄，一样叶数下，盘面比越大，桨叶越宽。2-18侧斜XS及侧斜角S:不对称桨叶的叶

8、梢与参考线间的距离为侧斜XS，相应角度为侧斜角S。桨叶的侧斜方向一般与螺旋桨的转向相反，合理选择侧斜可明显减缓旋桨诱导的船体振动。2-19叶根厚度：与桨毂相连处的切面最大厚度。2-20叶厚分数：叶面参考线与最大厚度线的延长线在轴线上的交点的距离t0与直径D之比。2-21桨毂直径毂径：叶面参考线与桨毂外表相交处至轴线距离的两倍，以d来表示。2-22毂径比：毂径d与螺旋桨直径D之比。2-23 桨叶的平均宽度bm：表示桨叶的宽窄，bm=AE/Z(R-d/2)，Z为叶数。或平均宽度比，bm /D。2-24正斜螺旋面：侧视图上，参考线与轴线垂直的螺旋桨叶面为正。假设参考线与轴线的垂线成角度为斜。2-25

9、侧投影：桨叶与平行于包含轴线与叶面参考线的平面上的投影。正投影：桨叶在垂直于桨轴平面上的投影。2-26最大厚度线：该线与参考线之间的轴向距离t表示该半径处叶切面的最大厚度，它仅表示不同半径处切面最大厚度沿径向的分布情况，不表示最大厚度沿切面弦向的位置。2-27螺旋桨参数的选择：从效率增加D提高效率，在其他条件一定时，叶数越少效率越高、振动在其他条件一定时，叶数越多振动越小两方面。直径D，叶数Z，毂径比dh/D，螺距比P/D，盘面比伸张面积比，投射面积比，展开面积比，纵斜zR，纵斜角，侧斜XS，叶厚比。3-1推进器理论研究螺旋桨的方法：动量理论：螺旋桨的推力乃因其工作时水产生动量变化所致，可通过

10、水的动量变更率来计算推力，包括理想推进器理论理想螺旋桨理论叶元体理论：研究每一叶原体所受的力，据以计算整个螺旋桨的推力与转矩螺旋桨环流理论：应用机翼理论解释叶原体的受力与水之速度变更关系，包括升力线理论升力面理论面元法。3-2诱导速度：推进器拨水向后来产生推力，而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度，即诱导速度。3-3理想推进器假设：推进器为一轴向尺度趋近于零、水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后，称为煽动盘具有吸收外来功率并推水向后的功能水流速度与压力在盘面上均匀分布水为不可压缩的理想流体。根据以上假定得到的推进器理论为理想推进器理论可用于螺旋桨、明轮、喷水推进器等，差异在于推进器

11、区域内的水流断面的取法不同。3-4理想推进器效率iA：有效功率与消耗功率之比。3-5推进器的载荷系数T：T越小效率越高。在推力Ti与速度VA一定的条件下，增大盘面积Ao来减小载荷系数，对螺旋桨来说需增大直径D，从而提高效率。3-6理想螺旋桨理论：在理想流体中工作的具有无限叶数的螺旋桨，除产生轴向诱导速度外还产生周向诱导速度，其方向与螺旋桨旋转方向一样，两者合成作用表现为水流经过螺旋桨盘面后有扭转现象。3-7理想螺旋桨效率i=iAiT：所做的有用功与吸收功率的比值，理想螺旋桨的轴向诱导效率(理想推进器效率)iA与理想螺旋桨的周向诱导效率iT之积。由于实际螺旋桨后的尾流旋转，故理想螺旋桨效率i只有

12、在各半径出的dr圆环对应的i都相等时，i才是整个理想螺旋桨效率总是小于理想推进器效率iA。3-8螺旋桨操作时周围水流情况：轴向诱导速度自桨盘远前方的零值起逐渐增加，至桨盘远前方处到达最大值，而在盘面处的轴向诱导速度等于远前方处的一半。周向诱导速度在桨盘前并不存在，而在桨盘后立即到达最大值，桨盘处的周向诱导速度是前方的一半。3-9速度多角形：盘面半径r处：远前方，盘面处及远前方的水流速度相对于半径r处的圆环叶元体：叶元体固定不动，而水流以轴向速度VA与周向速度2nr流向桨叶切面，轴向诱导速度ua/2与迎流水面的轴向速度VA一样，周向诱导速度ut/2与周向速度2nr相反。螺旋桨本身前进速度VA及旋

13、转速度2nr，轴向诱导速度与螺旋桨前进方向相反，周向诱导速度与螺旋桨旋转方向一样。3-10速度多角形中的名称：为叶元体的倾斜角即螺距角，为进角，i为水动力螺距角，VR为相对来流的合成速度。可知，水流以速度VR，攻角K流向桨叶切面。3-11附着涡：对于二因次机翼，可用环量为的一根无限长的涡线来代替机翼，这根涡线为附着涡。3-12叶元体效率or=iAiT：叶元体构造效率，影响因素：轴向诱导速度，周向诱导速度速度越大，效率越低，推力负荷系数推力增加效率降低，桨盘上的半径即盘面积盘面积增加，效率增高，叶元体的阻升比与水动力螺旋角阻升比越小，效率越高。3-13螺旋桨的水动力性能：一定几何形体的螺旋桨在水

14、中运动时所产生的推力、消耗的转矩与效率与其运动进速VA与转速n间的关系。3-14进程hp：hp=VA/n。滑脱(P-hp)其大小表示桨叶剖面叶元体的攻角大小，即负荷的大小，滑脱比s：s=(P-hp)/P=1-VA/Pn。进速系数J：J=hp/D=VA/nD=P(1-s)/D。3-15滑脱比s对螺旋桨性能的影响：在螺距一定的情况下，假设不考虑诱导速度，那么s的大小标志着攻角K的大小，s大J小那么攻角大，假设转速一定，那么螺旋桨的推力与转矩亦大。3-16进速系数J对螺旋桨性能的影响：当J=0，进速为零，即螺旋桨只旋转不前进船舶系柱情况，升力与推力重合，各叶元体具有最大攻角，推力与转矩都到达最大值当

15、转速不变，随着进速的增加，J增加，攻角减小，推力与转矩相应减小。当J增加到某一数值时，螺旋桨发出的推力为零，其实质乃水流以某一负几何攻角与叶元体相遇，此时叶元体上的升力dL及阻力dD在轴向的分力大小相等方向相反，故叶元体的推力为零，此时叶元体仍遭受旋转阻力。螺旋桨再不发生推力时旋转一周所前进的距离为无推力进程P1实效螺距假设J再增至某一值，螺旋桨不遭受旋转阻力，其实质乃升力dL及阻力dD在周向的分力大小相等方向相反，故旋转阻力为零，此时螺旋桨产生负推力。螺旋桨再不遭受旋转阻力时旋转一周所前进的距离为无转矩进程P2无转矩螺距。3-17实效滑脱比s1：P2P1P，船舶航行时，螺旋桨必须产生向前的推

16、力来克制船阻力，故螺旋桨实际操作时转一周前进的距离hp小于实效螺距P1。实效滑脱P1-hp，实效滑脱比s1=P1-hp/ P1=1- VA/ P1n。3-18螺旋桨敞水效率0：0=KTJ/KQ2。3-19螺旋桨敞水性征曲线：对于几何形状一定的螺旋桨而言，推力系数KT、转矩系数KQ及效率0仅与进速系数J或滑脱比s有关，KT、KQ、0对J之曲线为螺旋桨性征曲线，又因讨论的是孤立螺旋桨未考虑船体的影响的性能，所以为螺旋桨敞水性征曲线。曲线表示了螺旋桨在任意工作情况下的全面性能。螺旋桨的性能曲线可以根据环流理论计算得到，也可由试验方法得到。3-20理想推进器效率与理想螺旋桨效率的区别：推进器给水流向后

17、的轴向诱导速度获得推力，故推进器的效率总小于1；螺旋桨利用旋转运动来吸收主机功率，在实际工作中除了产生轴向诱导速度还要产生周向诱导速度，由于尾流旋转，故理想螺旋桨效率总是小于理想推进器效率。4-1敞水试验：螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验，可在船模试验池、循环水槽或空泡水筒中进展。它是检定与分析螺旋桨性能得分方法，对研究他的水动力有重要作用，为设计提供丰富的资料，为理论的开展提供可靠的根底。4-2敞水试验的目的及作用：进展系列试验，绘制设计图谱根据系列试验结果分析螺旋桨的几何要素对性能的影响，为改善性能指出方向校核与验证理论方法配合自航试验，分析推进效率成分，比拟方案优劣，选择最正确螺旋桨。

18、4-3螺旋桨的相似定律几何相似，运动相似，动力相似：理论上：进速系数VA/nD：运动相似的根本条件，该数一样，那么螺旋桨及其模型在各对应点处的流体质点的速度具有一样方向，且比值为常数，即对应点处的流体质点的行迹相似雷诺数nD2/：粘性力相似的条件，该数一样，那么两者粘性力系数相等弗如德数n2D2/gD2n2D2/gD：重力相似的条件，与螺旋桨运转时的水面兴波情况有关，即螺旋桨在水面下的漂浮深度。当漂浮深度hs0.625D时，兴波的影响不计，故弗如德数不予考虑。试验时：模型与实桨几何相似，模型试验时如要求满足进速系数与雷诺数同时相等的条件，那么桨模的转速与进速都将过高而难以实现，推力过大无法测量

19、。因此敞水试验时，通常只满足进速系数J相等，对于雷诺数那么仅要求超过临界雷诺数值Rec，即ReRec的条件下，KT=f1(J)；KQ=f2(J)；0=f3(J)。4-4尺度效应尺度作用：桨模与实桨因雷诺数不同而引起两者水动力性能的差异敞水试验时，螺旋桨的进速系数与雷诺数不能同时相等，只能使雷诺数大于某一临界值，这样桨模与实桨的雷诺数不相等，由此引起的性能差异称为尺度效应。在实用上，仅适用于桨模与实桨均在超临界区时因雷诺数不同之影响。雷诺数对升力系数CL影响不大，即CLmCLs。对阻力系数CD影响较大，实物雷诺数较高，故CDsCDm，两者之差CD=CDm-CDs即为实物模型间的尺度作用。可知，尺

20、度作用对推力影响较小，对扭矩影响较大。因此同一J时KTm KQs，0m0s。4-5临界雷诺数：保证模型界层中到达紊流状态的最低雷诺数。雷诺数足够大时，界层中的流动才能到达紊流状态，假设雷诺数过低，那么桨叶大局部处于层流区或变流区，故桨叶切面上的流动状态与实桨不同，试验数据无法修正而用于实桨，结果将无实用价值。4-6模型试验结果的尺度修正方法：不修正：桨模光滑，抵消了尺度作用只修正KQ：用平板摩擦阻力公式对KQ进展修正ITTC1978年推荐方法。4-7试验需测数据：欲知螺旋桨的水动力性能，需测出桨模在试验中的转速n、进速VA、推力T及扭矩Q。4-8敞水试验方法的不同的J值：保持桨模的转速不变，以

21、不同进速进展试验拖曳水池保持桨模的进速不变，以不同转速进展试验空泡水筒，该方法转速不能无限加大，J的变动范围有限，不能得到“系柱时的情况。4-9敞水试验的主要测量仪器：螺旋桨动力仪，分为机械式动力仪、电测式、机电综合式。4-10螺旋桨性征曲线组：将叶数与盘面比一样，而螺距比不同的一组螺旋桨的敞水性征曲线绘在同一图内。5-1近似方法的实质分别研究船体与螺旋桨的单独性能，然后再近似考虑两者间的相互影响：把船体与螺旋桨仍然看作是孤立的，即认为螺旋桨是在船后流场中单独工作，而船体位于螺旋桨所影响的水流中运动。5-2伴流迹流：船在水中以某一速度V向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，其表现为船体

22、周围伴随着一股水流，这股水流称为伴流伴流速度与船速同向为正，反向为负。通常所说的是螺旋桨盘面出的伴流，使螺旋桨附近的水流的相对速度与船速不同。5-3伴流的成因及分类：伴流速度场用相对于螺旋桨的轴向速度、周向切向速度与径向速度三个分量来表示，其中周向切向速度与径向速度为二阶小量，不考虑。势形势伴流：船身周围的流线运动引起。首尾处为正伴流，舷侧处为负，离船体越远，势伴流越小摩擦伴流：水的粘性引起。船运动时，船体外表界层内水质点具有向前的速度，形成正伴流，紧靠船身处最大，船后相当距离处依然存在，为总伴流的主要局部。其大小与船型、外表粗糙度、雷诺数及螺旋桨的位置等有关波浪伴流：船舶兴波作用引起。船航行

23、时水面形成波浪，假设螺旋桨附近为波峰，那么水质点具有向前的速度，假设为波谷那么向后。5-4伴流速度u：螺旋桨进速VA=V-u；u=up+uf+uw。船速V，轴向伴流速度u。5-5伴流分数：=u/V=1- VA /V；VA =(1-)V。5-6标称伴流：在未装螺旋桨之船模实船后面，用各种流速仪测定螺旋桨盘面处的水流速度，可得标称伴流。5-7实效伴流：根据船后螺旋桨试验或自航试验结果与螺旋桨敞水试验结果比拟分析可得实效伴流。5-8 标称伴流的测量方法：利用毕托耙测量，或叶轮伴流仪、环形伴流仪还有激光测速仪。测的桨盘面处假设干同心圆周上等距离点的水流轴向速度。用体积积分法求的整个盘面的平均伴流。5-

24、9 实效伴流的测量方法：船速与螺旋桨的转速一定时，伴流的大小直接决定螺旋桨的进速，因而决定螺旋桨所发生的推力与吸收的转矩，故可根据推力与转矩测定伴流uVAT,Q，那么T,QVAu。首先在船模后试验螺旋桨，量出船模速度V及螺旋桨的转速n、推力TB、转矩QB，然后进展敞水试验等推力法：保持转速n不变，调节进速直到发出的推力T0等于上述TB值时，量取进速VA及转矩Q0，那么u =V- VA即为实效伴流速度，此时Q0QB等转矩法：保持转速n不变，调节进速直到Q0=QB时，量取进速VA及转矩T0，那么u =V- VA即为实效伴流速度，此时T0TB。5-10 伴流不均匀性的影响：当同一螺旋桨以一样转速与进

25、速在敞水中与船后工作时，其推力与转矩仍不同，这是船后伴流不均匀性的影响。船后桨盘处各点的伴流速度是不同的，伴流的轴向速度在盘面上的分布也是不均匀的，因而以平均伴流来估计船后螺旋桨的速度场是近似的。i1= TB / T0，伴流不均匀对推力的影响系数；i2= QB / Q0，对转矩的影响系数；i= i1 /i2，对效率的影响系数。5-11 相对旋转效率R=1 /i2：B=0 i1 /i2，T0=TB，所以i1=1，B=0 /i2=R0。5-12船体对螺旋桨的影响等推力法：平均实效伴流速度u，据此可建立螺旋桨进速VA与船速V间的关系，即VA=V-u，以伴流分数来表示，那么VA =(1-)V伴流不均匀

26、性的影响，即相对旋转效率R，据此可以建立敞水螺旋桨与船后螺旋桨转矩效率间的关系。5-13 推力减额的成因：螺旋桨在船后工作时，由于其抽吸作用，使船尾流速增加，压力降低，从而导致船体压，摩擦阻力增加 R阻力增额，需一局部推力 T推力减额 来克制它。R=T-T。5-14推力减额分数t：t=T/T=1-R/T，故R=T(1-t)，其大小与船型，螺旋桨尺度，螺旋桨负荷及螺旋桨与船体间的相对位置等因素有关。5-15 推力减额与伴流的关系：推力减额的划分与伴流一样，其中形势推力减额是由于螺旋桨工作时引起船尾处压力降低，导致船体压阻力的增加，这局部附加阻力称为形势推力减额，为主要成分，摩擦及波浪推力减额极小

27、可忽略。ttp。5-16推进效率各成分：设船以速度V前进时，主机转速为n，带动螺旋桨旋转，螺旋桨发出推力T，克制阻力R，主机发出功率Ps；传送轴系效率S：表示主机到螺旋桨的机械损耗；船后螺旋桨受到功率PDB=SPs=2nQB/75(马力，用于克制船后螺旋桨转速为n是的转矩)；相对旋转效率R= Q0/QB= PD0/PDB，表示伴流不均匀性对转矩的影响；螺旋桨敞水收到功率PD0=2nQ0/75；敞水效率0= TVA/2nQ0，表示螺旋桨自身效率；螺旋桨推功率PT=TVA/75；船身效率H=PE/PT=RV/TVA=(1-t)/(1-) ，表示船体与螺旋桨之间的影响；有效功率PE=RV/75克制阻

28、力R使船以航速V前进的功率；船后螺旋桨效率B=PT/PDB=TVA/2nQB = Q0TVA/QB2n Q0 =R0；推进效率D=PE/PDB=R0H；推进系数PC=PE/Ps=SR0H=SBH=SD包括机械性的轴系损失，表达推进系统中总的水动力性能。5-17通过伴流分数、推力减额分数t与相对旋转效率R把孤立的船体与敞水螺旋桨联系起来，使船体、螺旋桨与主机三者相配合：设船速V时遭受的阻力为R，那么先估计伴流分数及推力减额分数t，设计或选择一个螺旋桨，要求他在进速VA =(1-)V时发出的推力T = R /(1-t)。假定该螺旋桨敞水效率为，转速为n，转矩为Q0，那么估计相对旋转效率R，求出该螺

29、旋桨在船后时的扭矩QB及收到功率PDB，考虑到轴系传送效率S后即可求出所需的主机功率Ps。5-18快速性优秀：具有最小的阻力最高的推进效率。5-19提高推进性能的节能技术作用原理：减小或消除船尾桨毂帽后部的水流别离，减小粘压阻力改善螺旋桨的进流，使进流更均匀，以改善船体与桨之间的匹配产生附加推力使桨的进流预旋或消除桨后周向诱导速度，使螺旋桨尾流中原先损失的旋转能量局部回收。5-20提高推进性能的措施：船尾形状：影响阻力与伴流及推力减额。后半体方形系数大者，伴流及推力减额较大，后者增加较大，所以总的船身效率较低方形系数一定时，船尾形状可为U形、球尾及V形。U形及球尾平均伴流较大，分布较均匀，除推

30、进效率较高外，还有利于减小螺旋桨的激振力，但阻力较V形的大，总体来说，球尾为佳船首形状：球首不仅可减小兴波阻力，还对提高推进效率的作用相当显著。无论大型球首或小型“流鼻，都可减低阻力，提高推进效率舵：位于螺旋桨前方的舵可减小尾流旋转动能的损失，提高推进效率，对推进效率的影响以推力减额分数表示，流线型舵优于平板舵，反响舵更优，配置整流帽更有利。方法有：舵附加推力翼螺旋桨进流补偿导管螺旋桨毂帽鳍在桨前方或前方加固定叶轮桨后自由叶轮图谱设计桨与环流理论设计桨：敞水效率两者一样，船后工作时环流桨具有较高的推进效率。5-21伴流及推力减额与船型、螺旋桨尺度以及螺旋桨与船体间的相对位置等因素有关。5-22

31、估算伴流分数的近似公式：统计结果说明单桨船：平均而言泰勒公式误差最小对内河船，以巴普米尔公式的两倍与汉克歇尔公式的求与平均值为佳双桨船：各式均较接近，CB小时，相差较大巴普米尔公式适用性广，对求与而言，上三式平均值最正确。5-23估算推力减额的近似公式：汉克歇尔公式：单桨标准商船CB=0.540.84：t=0.50CP-0.12单桨渔船：t=0.77CP-0.30双桨标准商船CB=0.540.84：t=0.50CP-0.18。5-24相对旋转效率R的近似取值：单桨船：R=0.981.05双桨船：R=0.971.00一般可近似地取为R=1.0。5-25伴流分数的尺度作用：由于实船的雷诺数比船模的

32、雷诺数大得多，其伴流较船模伴流小。伴流分数的差异是尺度作用引起的。6-1船舶开展的两种趋势：军用船舶主机不断向高转速与大功率方向开展，并将高速主机与螺旋桨直接相连。这类船的螺旋桨上的空泡在所难免船舶大型化与高功率。由于螺旋桨负荷增加，尾部流场的不均匀性使螺旋桨上产生时生时灭的空泡，导致桨叶剥蚀损伤，并伴有强烈的尾部振动。6-2空泡的成因：螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，假设某处的压力降低至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀，形成气泡，称为空泡。该压力临界值即为该温度时水的汽化压力饱与蒸汽压力pv。在液体中产生空泡是因液体内本身存在某种“缺陷或“弱

33、点所致，这种缺陷或弱点就是气核6-3空泡的判别条件仅对汽化空泡近似正确：假设切面上某处减压系数0，那么压力降低。当压力将至该水温的汽化压力pv时，该处即开场出现空泡。故产生空泡的条件为：ppv假设切面上某点处的减压系数空泡数，那么该点即产生空泡。因此产生空泡的条件也表示为：假设物体某一物体在一定运动情况下的最大减压系数为max切面上的压力最低处，那么由空泡数决定其不发生空泡的极限速度Vk值。不发生空泡的极限条件为max=或=2 (p0-pv/Vk2，故物体做高速运动时，假设速度超过极限值Vk=2 (p0-pv/max0.5，那么必然发生空泡。6-4影响减压系数，空泡数的因素：B点处的流速Vb对

34、来流速度V0的比值Vb/V0，绕流条件下：与切面形状，入射角K及B点的位置有关；与V0的大小无关对一定切面来说，增参加射角其max亦增。同一入射角，机翼型切面max较弓型大：与来流速度V0、水的汽化压力pv及静压力p0有关；与桨叶切面的几何特征无关在V0与p0=pa+hs一定时，水温越高，pv越大，越低；在V0与大气压力pa一定时，桨叶的漂浮深度越大，越高；来流速度V0=(2nr) 2+ VA20.5，转速n或进速VA越大，合成速度V0越大，那么越小。6-5空泡分类：气化空泡：原溶解于水中的气体，由于降压或过饱与，以扩散的方式通过界面逸到存在于水里的气核中并成长到肉眼能见的程度汽化空泡：液体分

35、子因降压到汽化压力导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀似是空泡：原来以各种方式存在于水中的气核，虽然没有任何水汽或气体的逸入，但当外界压力降低时，它本身也会膨胀到肉眼可见的程度气化空泡或似是空泡都可能在大于、小于或等于pv时出现，而汽化空泡总在小于或等于pv下才能出现。前者空泡成长缓慢，后者迅速。6-6剥蚀现象：由于空泡溃灭，产生内爆，这种内爆之冲击力反复集中于一点，使叶外表材料被剥蚀而损坏。6-7局部空泡：水汽通过界面，进入气核并使之膨胀而形成球状空泡，常发生于叶切面上最大减压系数附近。6-8叶切面空泡对性能的影响：第一阶段：空泡区域是局部的，对水动力性能无明显影响，但可能产生

36、剥蚀第二阶段：空泡区拖到随边之外，对叶外表无剥蚀，但使对水动力性能恶化。6-9螺旋桨空泡形态按开展的物理过程分：涡空泡：出现在叶梢与毂部，由梢涡与毂涡引起，先于其他空泡发生，不影响水动力性能，无剥蚀。但桨载荷较高且在饱满尾部工作时，梢涡空泡的另一端可能贴到船底，不构成尾振，但使噪声明显增大泡状空泡：叶背上切面最大厚度处所产生的空泡，成泡沫状。在叶背后段溃灭，对水动力性能影响不大，但发生剥蚀片状空泡：在桨叶外半径局部导边附近产生，呈膜片状，长度不一，攻角较大时易产生这类空泡。假设空泡从叶切面导边延伸至随边外，那么形成超空泡流动，否那么为局部空泡，对水动力性能有影响，前者无剥蚀作用，后者有剥蚀作用

37、。云雾状空泡：螺旋桨在不均匀流场中工作时，攻角时大时小的变化，使空泡周期性的产生消失，对螺旋桨的剥蚀最为严重。空泡在物面上周期性地生成与溃灭，消失时被水流冲向前方，形成云雾状，故称云雾状空泡。6-10空泡对螺旋桨性能的影响：第一阶段：k，虽有空泡存在，但对水动力性能无影响，产生剥蚀第二阶段全空泡螺旋桨：k时 KT，KQ，0急剧下降，空泡大局部或全部覆盖桨叶，影响性能，但无剥蚀作用。6-11延缓螺旋桨空泡发生的措施：一般民船航速较低，不可能产生叶切面全为空泡所覆盖的片状空泡，假设桨叶上发生空泡，那么属第一阶段空泡，虽不影响水动力性能，但产生剥蚀，影响螺旋桨强度。因此应防止空泡发生从降低最大减压系

38、数max着手：增加盘面比，以减低单位面积上的平均推力，使叶背上的下降盘面比的增加相当于叶切面弦长加大，故可用较小的攻角来产生同样的升力，从而max降低采用弓型切面或压力分布较均匀的其他切面形式切面的压力分布较均匀，max相应较小，对延缓空泡发生有利减小叶根附近切面的螺距单桨船叶根局部的伴流较大，易产生空泡，将根部螺距适当减小，从而使该处的max降低从提高空泡数着手：增加桨的浸没深度，以增大减小桨的转速，尽量选用低转速的主机对高速军舰，空泡在所难免，处理方法：允许桨上有局部空泡存在，在使用过程中根据其剥蚀情况予以调换速度再高时，设法促使其在第二阶段空泡状态下运转，即全空泡超空泡螺旋桨的设计问题。

39、6-12空泡试验的相似条件：假设两几何相似螺旋桨进速系数相等，那么对应点处的速度成比例，即各对应点的减压系数相等；假设两者空泡数相等，那么对应点处的减压系数与空泡数的关系一致，即模拟了空泡现象。所以螺旋桨及其模型满足空泡相似的条件为进速系数J相等空泡数相等。假设桨模的漂浮深度与实桨相等，那么p0m= p0s。常温下进展试验，pvm= pvs。因此相等，那么进速一样，即VAm= VAs；假设同时满足J、相等，那么nm=ns。由上可知，假设在敞露的水池中进展空泡试验，那么拖车速度与实桨进速速度相等，桨模转速为实桨的倍，且桨模的漂浮深度需与实桨一样。上述条件难以实现，故采用特殊装置来进展螺旋桨模型的

40、空泡试验，如空泡试验筒调节减小静压力p0m，也可改变水温来调节汽化压力pvm或减压水池。6-13空泡试验水筒：由密封的循环水筒，驱动水泵，调压装置等组成，工作段有观察窗，试验时水循环流动，并减压使空泡数与实桨相等，用频闪仪与高速摄影机观察与记录试验，由动力仪测量桨的推力、转矩。6-14空泡试验方法及测量数据的表达：定流速，调节转速改变J，调节筒内压力以获得所需空泡数。须测量水流速度VA，桨模的转速n，推力T，转矩Q，轴线处的静压力p0以及水温。根据试验结果绘制成进速VA一定时不同空泡数下的螺旋桨推力T、转矩Q与转速n的关系曲线，并进一步绘制不同空泡数的性征曲线。6-15空泡校核方法：柏利尔限界

41、限，根据各类船舶螺旋桨的统计资料，提出的校核空泡的限界限。图中以07R处切面的空泡数07R为横坐标，单位投射面积上的平均推力系数c为纵坐标。6-16空泡校核：在设计螺旋桨时应考虑其是否发生空泡或空泡的开展程度，故需进展空泡现象的预测，以便确定所设计的螺旋桨是否合理。7-1强度校核：为了船舶平安航行，须保证螺旋桨具有足够的强度设计时需强度计算并确定桨叶厚度分布，使其在正常航行状态下不致破损或断裂。7-2桨叶受力：工作时，桨叶上的流体动力有轴向的推力与与转向相反的阻力，两者都使桨叶产生弯曲与扭转桨旋转时桨叶本身的质量产生的径向离心力，使桨叶受拉伸，假设桨叶具有侧斜或纵斜，那么离心力还使桨叶产生弯曲

42、桨叶上可能受到意外的突然载荷桨处在不均匀的尾流场中，使桨叶受力产生周期性变化。7-3螺旋桨的强度校核方法：标准校核法：确定桨叶厚度分析计算法：静态负荷假定作用于桨叶的外力负荷不变下螺旋桨的强度计算。计算出每一桨叶上的推力、旋转阻力及离心力对计算切面的弯矩，再根据几何特性确定所受的应力。桨工作时，桨叶根部所受的应力最大，应用分析计算法来校核桨叶强度时，主要计算叶根处的切面强度。7-4桨叶的叶梢厚度：D3.0 m时，t=0.0045D；D3.0 m时，t=0.0035D。7-5桨叶厚度的径向分布：线性分布：t 到0.25R处厚度连直线非线性分布： t 0.6R0.25R处厚度连成光顺曲线荷兰船模试

43、验水池建议的厚度分布：tx=fx(t0.2-t)+t， tx：x=r/R 处切面的厚度；fx：系数查表确定。7-6螺距修正：螺旋桨设计中，有些参数与所用系列桨不同强度校核计算所得的桨厚小于选用系列的厚度时，可直接采用系列桨厚度及厚度分布，但浪费材料；假设大于那么为满足强度要求需增加桨叶厚度，导致设计桨的叶厚分数大于系列桨的；有时设计桨的毂径比不同于系列桨，此时需要修正设计桨螺距，使两者性能一样毂径比不同叶厚比不同为满足强度要求而增加桨叶厚度，导致设计桨的叶厚分数大于系列桨。7-7叶厚比不同修正原那么：0.7R处切面的螺距角与无升力角0之与等于常数。8-1螺旋桨设计问题的分类：初步设计：对新设计

44、的船，根据设计任务书对航速的要求设计出最适宜的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力船速V，有效马力PE，根据选定的直径D，确定最正确转速n，效率0，螺距比P/D与主机马力PS船速V，有效马力PE，根据选定的转速n，确定最正确直径D，效率0，螺距比P/D与主机马力PS量：V，PE；给定量：D或n，求解0， P/D，PS终结设计：主机马力与转速决定后，求所能到达的航速及螺旋桨的尺度，即主机马力PS，转速n与有效马力PE曲线，确定最大船速V，直径D，螺距比P/D及效率0。8-2设计螺旋桨的方法：图谱设计法：根据敞水试验绘制成的各类图谱进展设计计算方便，易于掌握，结果较满意环流理论设计

45、法：根据环流理论及各种叶切面的理论与试验数据进展设计。8-3由敞水曲线绘制B型图谱：在同一叶数与盘面比的敞水曲线上，取一定P/D值，读取该螺距比的性征曲线上与J相应的一系列KQ及0由BP及的定义，算出BP0.5与在纵坐标为P/D，横坐标为BP0.5的图上，通过上述计算作P/D的水平线，并在其上标明与每一BP0.5值对应的0与值，此线既能代表螺距比为P/D的螺旋桨水动力特性对不同的P/D的螺旋桨性征曲线作上述处理并绘制在同一图上，将0与值一样的点连成曲线，得0与值的等值线将各BP0.5=常数时效率最高点连成光顺曲线，即为最正确效率线。8-4AU型螺旋桨等螺距螺旋桨形式：AU型螺旋桨的原型：初始阶

46、段开展的模型，为局部5叶与6叶桨所采用改良AU型MAU：减小局部切面的前缘高度，适当降低面空泡的裕度，增大叶背的抗空泡性能AUW型：桨叶切面后缘有一定翘度，6叶桨采用。8-5图谱的应用：设计时先确定伴流分数、推力减额分数t、相对旋转效率R及传送效率S螺旋桨的初步设计问题：船速V，PE，根据选定的D，确定最正确N，0，P/D与PS：首先选定螺旋桨形式，叶数与盘面比。假定一组转速N进展计算，然后以N为横坐标，PS，PTE，P/D，0分别为纵坐标。根据船速V时的有效马力值PE做水平线与PTE曲线相交，交点即为所求的螺旋桨，由此可读出转速N，要求的主机马力PS及螺距比P/D、效率0。BP0.5-图谱中

47、的最正确效率曲线应为最正确直径曲线而不是最正确转速曲线，合理做法：选用其他形式的图谱，或假定假设干个收到马力PD，对于各个PD分别假设几个转速N。在V与D的条件下，对某一个PDi可求出一组BP与，根据图谱BP0.5-查得0，以N为横坐标，0为纵坐标找到极大值，对应的Nopti即为所假定PDi下最正确转速。不同的PDi有不同的Nopti及相应的螺旋桨参数与PTEi，然后由V时的PE内插决定最后的最正确N，PS与螺旋桨参数船速V，PE，根据选定的N，确定最正确D，0，P/D与PS：首先选定螺旋桨形式，叶数与盘面比。假定一组D进展计算，然后以D为横坐标，PS，PTE，P/D，0分别为纵坐标。根据V时的PE做水平线与PTE曲线相交，交点即为所求的螺旋桨，由