船舶推进_螺旋桨几何特征
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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。
船用螺旋桨的功率计算功率(W)直径(D)螺距(P)转/分(N)功率(W)=(D/10)的4次方*(P/10)*(N/1000)的3次方*0.45速度(SP)km/h=(P/10)*(N/1000)*15.24静止推力(Th)g=(D/10)的3次方*(P/10)*(N/1000)的2次方*22船用螺旋桨的工作原理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=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp 式中:Ct Cp—功率系数;ρ—空气密度;n—螺旋桨转速;D—螺旋桨直径。
螺旋桨概述1.概念1.1结构图1 螺旋桨示意图图2 螺旋桨结构螺旋桨由桨叶、浆毂、、整流帽和尾轴组成,如上图所示。
滑失:如果螺旋桨旋转一周,同时前进的距离等于螺旋桨的螺距P,设螺旋桨转速为n,则理论前进速度为nP。
也就是说将不产生水被螺旋桨前后拨动的现象,然而事实上,螺旋桨总是随船一起以低于nP的进速V s对水作前进运动。
那么螺旋桨旋转一周在轴向上前进的实际距离为h p(=V s/n),称为进距。
于是我们把P与h p之差(P-h p)称为滑失。
滑失与螺距P之比为滑失比:S r=(P-h p)/P=(nP-V s)/nP=1-V s/nP式中V s/nP称为进距比。
从式中可以得出,当V s=nP时,S r=0。
即P=h,也就是螺旋桨将不产生对水前后拨动的现象,螺旋桨给水的推力为零。
因此我们可以得出结论:滑失越大,滑失比越高,则螺旋桨推水的速度也就越高,所得到的推力就越大。
1.2工作原理船用螺旋桨工作原理可以从两种不同的观点来解释,一种是动量的变化,另一种则是压力的变化。
在动量变化的观点上,简单地说,就是螺旋桨通过加速通过的水,造成水动量增加,产生反作用力而推动船舶。
由于动量是质量与速度的乘积,因此不同的质量配合上不同的速度变化,可以造成不同程度的动量变化。
另一方面,由压力变化的观点可以更清楚地说明螺旋桨作动的原理。
螺旋桨是由一群翼面构建而成,因此它的作动原理与机翼相似。
机翼是靠翼面的几何变化与入流的攻角,使流经翼面上下的流体有不同的速度,且由伯努利定律可知速度的不同会造成翼面上下表面压力的不同,因而产生升力。
而构成螺旋桨叶片的翼面,它的运动是由螺旋桨的前进与旋转所合成的。
若不考虑流体与表面间摩擦力的影响,翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力,而在旋转方向的分量就是船舶主机须克服的转矩力。
1.3推力和阻力以一片桨叶的截面为例:当船艇静止时,螺旋桨开始工作,把螺旋桨看成不动,则水流以攻角α流向桨叶,其速度为2πnr(n为转速;r为该截面半径)。
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螺旋桨的结构参数图8-3 螺旋桨的结构参数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。
桨叶与轮毅的联接处称为叶根。
桨叶的自由端称为叶梢。
当螺旋桨开始工作时,叶片首先拨动水的一边称为导边,而水流从叶片脱离的一边称为随边。