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螺旋桨的推力和转矩

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船舶螺旋桨知识

船舶螺旋桨知识
可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋
转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1<r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β=α+φ。空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J=V/nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算：T=Ctρn2D4P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米/小时，发动转速为6500转/分时，η≈32%。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。

螺旋桨基础理论ppt课件

螺旋桨基础理论ppt课件
进程hp与螺旋桨直径D 的比值称为 进速系数，以J 来表示，即
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病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
螺旋桨水动力性能
由式(3-36)及式(3-37)，可得进速系数J与滑脱比s之间的 关系为
作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
式（3 一34 ）把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来。因而比动量理论的结果要精密完整得 多。 当螺旋桨以进速vA和转速n 进行工作时，必须吸收主机所 供给的转矩Q 才能发出推力T ，其所作的有用功率为TVA ，而吸收的功率为2ПnQ ，故螺旋桨的效率为
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病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
作用在桨叶上的力及力矩
根据茹柯夫斯基升力公式，升元体上dr 段产生的升力 将式（3-28）代入式（3-27），并考虑到dD=єdL （є为
此种情况下螺旋桨产生负推力。螺旋桨不遭受旋转阻力时
旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距，并
以P2表示， 对于一定的螺旋桨而言，显然P2> P1> P ，船舶在航行时 ，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船之阻力，才能使船
以一定的速度前进，故螺旋桨在实际操作时，其每转一周
前进的距离hp小于实效螺距P1 。实效螺距P1与进程hp之 差（P1-hp）称为实效滑脱，其与实效螺距P1的比值称为 实效2滑- 2脱0 比，以s1来表示，即
叶元体的阻升比），叶元体转矩dQ=rdF , 可得

螺旋桨推力计算

螺旋桨推力计算
例如：100×50的浆，最大宽度10左右，动力伞使用的，转速3000转/分，合50转/秒，计算可得：
50×10×50²×1×0.00025=31.25公斤。如果转速达到6000转/分，那么拉力等于：100×50×10×100²×1×0.00025=125公斤
直径米螺距米浆宽度米转大气压力1标准大气压经验系数025拉力公斤或者直径厘米螺距厘米浆宽度厘米转速大气压力1标准大气压经验系数000025拉力克前提是通用比例的浆精度较好大气压为1标准大气压如果高原地区要考虑大气压力的降低如西藏压力在06071000米以下基本可以取1
螺旋桨推力计算
螺旋桨拉力计算公式：直径（米)×螺距(米）×浆宽度（米）×转速²（转/秒）×1大气压力（1标准大气压）×经验系数（0.25）=拉力（公斤）或者直径（厘米)×螺距(厘米）×浆宽度（厘米）×转速²（转/秒）×1大气压力（1标准大气压）×经验系数（0.00025）=拉力（克）前提是通用比例的浆，精度较好，大气压为1标准大气压，如果高原地区，要考虑大气压力的降低，如西藏，压力在0.6-0.7。1000米以下基本可以取1。

螺旋桨基础理论.

螺旋桨基础理论.

理想螺旋桨理论（尾流旋 转的影响）
根据动能定理可知，质量为d ，的流体在旋转运动时动能 的改变应等于旋转力dF 。在单位时间内所作的功，即
式中：ut1为桨盘处的周向诱导速度。 将式（3 一14 ）代入上式中，并经简化后可得
上式表明，螺旋桨盘面处的周向诱导速度等于盘面后任一 截面处（包括远后方）的周向诱导速度的一半。
（3 一9 ）代人式（3 一7 ）可得效率的表达式为：
由式（3 一9 ）及式（3 一10 ）可见，若己知推进器的 载荷系数σ T，便可以确定诱导速度ua（或ua1）及效率 η A．图3 一2 表示与载荷系数σ T之间的关系曲线。σ T愈 小则效率愈高．
理想推进器理论
在推力Ti和速度VA一定的条件下，要取得小的载荷系数必 须增大盘面积 A0 ，对螺旋桨来说需增大直径 D ，从而 提高效率。这一结论具有重要的现实意义。
理想推进器理论
为VA＋ua1，而压力降为p1，当水流经过盘面时，压力突 增为p '1(这一压力突变是由于推进器的作用而产生）， 而水流速度仍保持连续变化。水流离开盘面以后，速度将 继续增大而压力下降。到推进器的远后方（CC1剖面）处 ，速度将达到最大值VA＋ua．而压力回复至p0，图3 一1 ( b ）和3 一1 ( c ）分别表示流管中水流速度和压力的 分布情况。流管内水流轴向速度的增加使流管截面形成收 缩，而流管内外的压力差由其边界面的曲度来支持。由于 假定推进器在无限深广的流体中运动，故流管以外两端无 限远处的压力和水流速度可视为不变。
理想推进器理论
根据动量定理，作用在流体上的力等于单位时间内流体动 量的增量。而流体的反作用力即为推力，故推进器所产生 的推力
以上各式中，ρ 为流体的密度。 为了寻求盘面处速度增量ua1与无限远后方速度增量ua的 关系，在推进器盘面前和盘面后分别应用伯努利方程．在 盘面远前方和紧靠盘面处有下列关系式：

船用螺旋桨推力计算公式

船用螺旋桨推力计算公式

螺旋桨的推力公式：推力F=通道面积*空气密度*流
速^2螺旋桨的翼型剖面和展长在很大程度上决定了
螺旋桨的推力，产生推力对应所需的扭转力矩（来自发动机）。

对于螺旋桨背风面被排出的流动结构（下洗气流-直升机，滑流-螺旋桨推进器），可以看作是每一小段螺旋桨翼型前飞所产生下洗气流的综合效果。

螺旋桨叶的拉力随转速的变化过程如下：由于发动机输出功率增大，使螺旋桨转速（切向速度）迅速增加到一定值，螺旋桨拉力增加。

螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。

螺旋桨知识

螺旋桨知识

当前位置：首页> 网络课堂> 第八章> 螺旋桨的工作原理螺旋桨的几何特征鱼雷螺旋桨位于鱼雷的尾部，由发动机带动以产生推力，利用该推力克服鱼雷运动时的阻力，使鱼雷以既定的速度航行。

不难理解，为了经商鱼雷的速度，不仅要求鱼雷具有阻力最小的雷体外形，还须要配置效率较高的螺旋桨，才能获得较好的推进效果。

螺旋桨通过推进轴直接由发动机驱动，当螺旋桨旋转时，将水流推向鱼雷后方。

根据作用与反作用原理，水便对螺旋桨产生反作用力，该反作用力即称为螺旋桨的推力。

我们研究螺旋桨的几何特征时，首先要对螺旋面有所了解。

设有一水平线AB（图8-1），匀速地绕线EE旋转，同时又以均匀速度向上移动，则线AB上每一个点就形成一条螺旋线，由这些螺旋线所组成的面叫做螺旋面。

线段AB称为螺旋面的母线，它可以是直线或曲线。

展开了的螺旋线与圆柱体底线间的角度称为螺旋角，以表示，其值可按下式求得（8-1）式中H为螺距。

图8-1 螺旋面的形成（螺旋面的形成演示动画）当母线的圆周运动和直线运动均为匀速运动时，所得到的螺旋面称为等螺距螺旋面。

其螺旋线的展开图形如图8-1所示，不同半径处具有相同的螺距。

图8-2a 径向变螺距螺旋面螺旋线的展开图螺旋面也可以由不同螺距的螺旋线组成。

例如母线AB以均匀的速度绕EE轴线旋转。

也以均匀速度直线上升，只是在不同的半径上具有不同的上升速度，则得到径向变螺距螺旋面，不同的半径处螺距是不同的，其螺旋线的展开图如图8-2（a）所示。

假若母线的旋转运动和前进运动不是均匀的．或者其中任一种运动不是均匀的，则得到轴向变螺距螺旋面，其螺旋线的展开图如图8-2（b）所示。

图8-2b 轴向变螺距螺旋面螺旋线的展开图图8-3 螺旋桨的结构参数（螺旋桨的结构参数演示动画）螺旋桨的结构参数如图8-3所示。

螺旋桨与推进轴联接的部分称为桨毂以一定的角度联按于轮毅上。

鱼雷的桨叶一般为2-7片。

叶片数主要决定于螺旋桨推力的大小。

车、舵、锚、缆的作用


（2）滑失比 定义：螺旋桨的滑失S与理论进速nP之比称为滑失比Sr， 定义：螺旋桨的滑失S与理论进速nP之比称为滑失比Sr，既： nP之比称为滑失比Sr
S r＝
nP − V p nP
滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替， 滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替，得出的结果分别称 Vp若用船速Vs代替 为虚滑失或虚滑失比。 为虚滑失或虚滑失比。
2) (螺旋桨)收到功率(Delivered Horse Power)DHP 螺旋桨)收到功率( 3) 推力功率(Thrust Horse Power)THP 推力功率(
4)
有效功率( 有效功率(Effective Horse Fower)EHP
各功率之间的关系 螺旋桨收到功率DHP与机器功率MHP的比值称 为传递效率，其值通常为0.95～0.98。 有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进器 效率，该值约为0.60～0.75。 有效功率EHP与主机机器功率MHP之比称为推 进系数，该值约为0.5～0.7。这就是说，主机发出 功率变为船舶推进有效功率后已损失了将近一半。
基本阻力与船速的关系近似于线性变化， 基本阻力与船速的关系近似于线性变化 ， 但当船 速较高时，则基本阻力随船速的增加急剧增加， 速较高时 ， 则基本阻力随船速的增加急剧增加 ， 且船 速越高增加的幅度越大。基本阻力随船速而出现上述变化的
原因在于，船速较低时，摩擦阻力占基本阻力的比例较高； 原因在于，船速较低时，摩擦阻力占基本阻力的比例较高；而船 速较高时，则剩余阻力，尤其是兴波阻力所占比例将越来越大； 速较高时，则剩余阻力，尤其是兴波阻力所占比例将越来越大； 单就兴波阻力而言，则约与船速的4 单就兴波阻力而言，则约与船速的4～6次方成正比。当船速一 次方成正比。

第二章 车舵锚缆拖船在操船中的运用


一、船舶阻力与螺旋桨的推力
（2）附加阻力△R ： 由污底阻力RF、附体阻力RA、空气阻力RX和汹涛阻力RR四 部分组成
△R= RF+ RA + RX + RR
①污底阻力RF ：水下船体生锈及海洋生物附着其上而增 加的阻力称污底阻力。 ②附体阻力RA ：指由于舵、舭龙骨及轴包架等附体对水 运动而增加的一部分阻力。与附体多少、大小有关。 ③空气阻力RX ：指空气作用于水面上的船体及上层建而 产生的阻力。与相对风速有关，占总阻力的2％～4％。 ④汹涛阻力RR ：船舶在风浪中航行，由于风、浪的作用 及船身的剧烈摇摆运动而产生的阻力。与波高有关
P
T
进车时
倒车时
螺旋桨横向力的致偏作用（右旋FPP螺旋桨）
双车船：
FPP双车船多采用外旋式 CPP双车船多采用内旋式 双车船的双车均以相同的 转速进车或倒车时，各自产 生的横向力相互抵消 双车船中的一舷进车而另 一舷倒车时，利于转头
三、螺旋桨的致偏作用
（二）右旋固定螺距螺旋桨（FPP）单桨船的偏转趋势
二、主机功率和船速
（四）船速与主机燃油消耗的关系
单位时间内主机燃油的消耗
C0=K0Δ2/3 Vs3
单位时间内的主机燃油消耗与船速的立方成正比
单位航程D内主机燃油的消耗
CD=K0Δ2/3 Vs2D
航程D一定时，整个航程中主机燃油消耗与船速平方成正比
三、螺旋桨的 （螺旋桨）收到功率（Delivered Horse Power）DHP 推进功率（Thrust Horse Power）THP=T•Vp
有效功率（Effective Horse Power）EHP =R•Vs
Vp:螺旋桨对水的实际速度，Vs:船对水的速度 T:螺旋桨获得“收到功率”后发出的推力，R:船舶定速航行的阻 力

4-2螺旋桨的工作原理

121【上一节】【下一节】【返回主页】§4-2 螺旋桨的工作原理动量理论：环流理论：一、动量理论1.理想推进器理论鼓动盘：图4-2-1 流管内水流流动图形伯努里定理：122鼓动盘前：21120)(2121a A A u V p V p ++=+ρρ鼓动盘后：21120)(21)(21a A a A u V p u V p ++'=++ρρ由上两式相减，得：])[(212211A a A V u V p p -+=-'ρ 鼓动盘前后压力差即形成推力：)(110p p A T -'=将式（4-2-3）代入上式，得：002)21(]2[21A u u V A u u V T a a A a a A +=+=ρρ根据动量定理，推力等于动量的变化率，可得：a A a A mu V u V m T =-+=])[(式中：01)(A u V m a A +=ρ将此关系式代入a mu T =后，得：a a A u A u V T 01)(+=ρ123aa u u 211=。

理想推进器的效率：Aaa A A a A A i V u Tu TV TV mu TV TV 211121212+=+=+=η推进器的载荷系数：221/A V T C A T ρ=Ti C ++=112η2. 理想螺旋桨理论124 图4-2-2 尾流扭转现象单位时间内流过此圆环的流体质量：)21(0a A u V dA dm +=ρ图4-2-3 理想螺旋桨运动模型桨盘紧前方的动量矩：0='L桨盘紧后方的动量矩：t u dmr L '=''单位时间内动量矩的增量：t u dmr L L '='-''根据动量矩定理：流体在单位时间内流经流管两截面的动量矩增量等于作用在流管上的力矩。

在我们所讨论的情形下，是指对螺旋桨轴线所取的力矩。

即：125dQ L L ='-''作用在流体上的力矩：rdF dQ = t u dm dF '=t t u u ='根据动能定理可知，质量为dm 的流体在旋转运动时动能的改变应等于旋转力dF 在单位时间内所作的功，即：221tt udmdFu =tt u u 211=能量守恒：222121ta A dmu dmu dTV rdF ++=ω126 22aA tta u V u r u u +-=ω结论：诱导速度n u 垂直于合速R V 。

船舶柴油机主推进动力装置832第七章柴油机的特性91题

第七章柴油机的特性91题第一节船舶柴油机的工况和运转特性的基本概念11题考点1：船舶柴油机的运转工况5题1电力传动的船舶主机和发电副机按发电机工况运行。

在这种工况下，为了保持电网电压稳定和一定的电流频率，由调速器控制柴油机保持恒速运转。

它的功率随着航行条件的变化或船舶用电量的变化，可以从零变化到最大许用值。

因此，柴油机的发电机工况是转速不变而功率随时发生变化的工况。

2用来直接驱动螺旋桨的船舶主机是按螺旋桨工况运行的。

在此工况下，柴油机按一定的转速将其功率通过轴系传给螺旋桨，螺旋桨在水中旋转产生推力克服船舶航行阻力使船保持航速。

螺旋桨的吸收功率就等于主机发出的功率（忽略轴系的传递损失情况）。

在螺旋桨工况下，柴油机发出的功率和其转速都是改变的。

螺旋桨在工作时其吸收功率与转速的m次方成比例（P p＝cn m）。

通常在稳定运转时，螺旋桨吸收功率P p与转速n的三次方成比例，即P p∝n３。

相应柴油机功率Pe 与转速的关系可写成Pe＝cn３。

我们把柴油机按此关系运转的工况称为柴油机的螺旋桨工况。

3柴油机在此类工况下运行时，它的功率与转速之间没有一定的关系。

柴油机的转速是由工作机械所需的速度决定的，而功率则由运行中所遇到的阻力决定。

比如驱动调距桨的主机是根据不同的调距桨叶的角度在某一转速下要求不同的功率；驱动应急救火泵或应急空压机的柴油机分别要求符合水泵或空压机的工况；即使直接驱动螺旋桨的主机，当航行条件和运行状态发生变化时（海面状况、气象条件、航区、装载、船舶污底以及船舶转向等），船舶阻力发生改变，通过螺旋桨影响主机的功率和转速。

A1.柴油机转速不变而功率随时发生变化的工况，称为（）。

A．发电机工况B．螺旋桨工况C．面工况D．应急柴油机工况B2. 柴油机的功率随转速按三次方关系而变化的工况，称为（）。

A．发电机工况B．螺旋桨工况C．面工况D．应急柴油机工况C3. 柴油机在同一转速下可有不同输出功率，在同一功率下可有不同转速，这种工况称为（）。

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尾部流速加快，压强降低，从而使船体阻力产生增值， 这部分增加的阻力称为阻力增额。计算时常处理为 推力减额。
Te = T- △T = T (1- △T /T) = T(1-t) 其中， Te为有效推力；t为推力减额系数。
螺旋桨的推力和转矩
③ 滑失对推力的影响（滑失S ） 除上述影响外，螺旋桨的推力还与螺旋桨的运动状
阻力D（平行流速方向的分力）
螺旋桨的推力和转矩
2、螺旋桨产生推力和转矩的原理
dL
dT
S

nP
f
Vp
b
dQ
r
n2pr
螺旋桨推力、转矩示意图
螺旋桨的推力和转矩
3、敞水螺旋桨推力及转矩
推力：
T = ·n2 ·D4 ·KT
转矩：
Q = ·n2 ·D5 ·KQ
其中，KT为推力系数， KQ为转矩系数, 可根据螺旋 桨敞水试验求得，且为进速系数（J）的函数。 进速系数：J = Vp / (n ·D)
主要取决于船速、转速和滑失比。 当船速一定时，T和Q与转速的平方正正比； 当转速一定时，船速越低，滑失比越大，T和Q 越大。 实际操船中，驾引人员常常通过降低船速，增加转速
来增大滑失比，提高舵效，但应当注意避免使主机超负 荷工作而损坏主机。
螺旋桨的推力和转矩
螺旋桨的推力和转矩
1、机翼产生升力的原理 2、螺旋桨产生推力和转矩的原理 3、敞水螺旋桨推力及转矩 4、船后螺旋桨的特性
螺旋桨的推力和转矩
1、机翼产生升力的原理 F L
机翼升力条件：
来流速度V
来流的冲角

D
V
产生压力差F（机翼上、下表面 压力之差）
压力差F分解为：
升力L（垂直流速方向的分力）
其中， Vp为螺旋桨进速，相对水的速度。
螺旋桨的推力和转矩
KT
10KQ 0.8
KQ
0.6 KT
0.4
0.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 J
螺旋桨特性曲线
螺旋桨的推力和转矩
4、船后螺旋桨的特性
① 船体对螺旋桨推力的影响（伴流VW影响） 伴流：船舶在水中以船速V行驶时，其附近受到船体 运动的影响而产生一种追随船体运动的水流。 伴流的组成：摩擦伴流、势伴流、兴波伴流。 伴流的特点：沿船体前后方向，船首最小、船尾 最大，离船体越远，伴流越小；船尾处 沿螺旋桨的径向，上大下小，左右对称。
态、水中深度和转动方向有关。 滑失（S）：螺旋桨理论速度nP与实际速度Vp的差值。
S = nP-Vp = nP-V (1-wP ) 滑失比（SR）： 滑失与螺旋桨理论速度之比。
SR = (nP-Vp) / nP = 1-V (1-wP )/nP 其中，n为螺旋桨的转速；P为螺旋桨的螺距；
Vp为螺旋桨进速；V为船速。
螺旋桨的推力和转矩 伴流系数（因子） wP = VW / V
伴流的分布
螺旋桨的推力和转矩
螺旋桨进速Vp： Vp = V- VW = V (1- VW/V) Vp = V(1- wP ) 可见，伴流使螺旋桨进速 比船速低，螺旋桨推力增大。 其中，VW为伴流；
wP为伴流系数。
螺旋桨的推力和转矩
② 螺旋桨对船体的影响（推力减额△T ） 船尾螺旋桨工作时，其产生的水流柱，引起船体
螺旋桨的推力和转矩
③ 滑失对推力的Байду номын сангаас响（滑失S ） 虚滑失比（SA）： 虚滑失（螺旋桨进速Vp若用船速V
代替）与螺旋桨理论速度之比。 SA = (nP-V) / nP = (1-V)/nP 虚滑失比是表征不同航行状态下螺旋桨负荷的参数。
螺旋桨的推力和转矩
主要结论： 在船型和螺旋桨形状一定是，螺旋桨的推力和转矩