船舶推进复习资料

第一章 概述

1、快速性：船舶在一定的主机功率下，在一定装载状态下，船舶直线航行快慢的问题。

四个方面考虑：①优良线型的选择问题；②效率高的推进器；③合适的主机；④船体、主机、螺旋桨之间协调一致

2、推进器类型：螺旋桨、风帆、明轮、喷水推进器；特种推进器：导管螺旋桨、可调螺距螺旋浆、对转螺旋桨、串列螺旋桨

3、有效推力Te  R:阻力。自航船舶：Te=R，拖船：Te=R（拖船阻力）+F（驳船阻力）

有效功率、有效马力Pe=（TeV）/75  [hp]   1kgf =9.81N, Te:kgf;  V:m/s 1kgfm/s=1/75 hp

4、机械功率Ps；推进器收到功率P0；有效功率PE；传送效率ηs；推进效率推进系数 ηD；

ηs=Po/Ps  QPC=ηD=Pe/PD   推进系数PoC=Pe/Ps=ηsηD

第二章 螺旋桨的几何特征

1、螺旋桨外形及名称

①俗称车叶

②通常由桨叶和桨毂构成。桨毂是一个锥台形体。在桨毂后端加一整流罩，与桨毂形成一光顺流线形体，称为毂帽。

③由船尾后面向前看时所看到的螺旋桨桨叶一面称为叶面，另一面称为叶背

④桨叶与毂连接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢

⑤螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边。

⑥螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨迹称为梢圆，梢圆直径为螺旋桨直径D，梢圆面积为螺旋桨桨盘面积A0 A0=πD2/4

⑦螺旋桨正车旋转时，由船后向前看去所见到的旋转方向为顺时针者称为右旋桨，反之为左旋桨。装于船尾两侧的螺旋桨，其上部向船的中线方向转动者称为内旋桨，反之则为外旋桨。

2、螺旋面及螺旋线（桨叶叶面通常是螺旋面的一部分）

①母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距P

②正螺旋面、斜螺旋面、扭曲的螺旋面

③共轴圆柱面与螺旋面相交得螺旋线，展成底为2πR。高P的矩形，则螺旋线变为节线，构成螺距三角形。节线与底线间夹角θ。tanθ=P/(2πR)

④螺距比P/D

3、面螺距：tanθ=P/(2πr)

不同圆柱面半径r处螺旋桨θ的大小，表示桨叶叶面在该处的倾斜程度。r↑θ↓

4、桨叶切面

①叶切面（叶剖面）：与螺旋桨共轴的圆柱面与桨叶相截所得的截面

②叶切面形状分类：弓形切面、机翼形切面、梭形切面、月牙形切面

机翼形切面：叶型效率较高，但空泡性能较差。弓形恰恰相反

机翼形切面：导边钝、随边尖，最大厚度近于导边

③弦长有内外弦之分

内弦：连接切面导边与随边的直线为内弦

弦线选择：系统图谱螺旋桨取外弦，理论设计取内弦

弦长：b

④切面厚度以垂直于所取弦线方向与切面上、下面交点间的距离表示

叶厚 t：最大厚度

相对厚度、叶厚比：δ=t/b

⑤切面中线或平均线称为拱线或中线。

拱度fm：拱线到内弦线的最大垂直距离

拱度比：f=fm/b

5、桨叶的外形轮廓轮和叶面积

①从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图

从船侧看过去所看到的为侧视图

②取叶面中间一根母线作为桨叶（叶面）参考线ou，

侧视图上参考线与轴向的垂线成某一角ε：纵倾角

ou在轴线上投影长度为纵斜ZR（一般向后倾）

向后倾：有利于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（不能过大，离心力-应力-强度不利）

③正投影：桨叶在垂直于桨轴平面上的投影，其外形轮廓为投射轮廓面积Ap  投射面比=Ap/Ao

投射轮廓与参考轴不相对称，则不对称桨叶梢与参考轴间距离Xs为测斜。相应角θs为侧斜角，一般与螺旋桨转向相反

④最大厚度线  叶根厚度

叶厚分数t0/D :辐射参考线与最大厚度线的延长线在轴线上交点的距离t0 与直径之比

最大厚度线与参考轴ou之间的轴向距离为该半径处叶切面最大厚度

⑤毂径比 d/D   d：桨毂直径

d：辐射参考线到桨毂表面相交处至轴线距离的两倍

⑥伸张面比：AE/A0

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轮廓

AE：螺旋桨各叶伸张轮廓面积之总和 （伸张面积）

⑦展开面积 AD/AO

展开轮廓：将桨叶叶面近似展放在平面上所得轮廓

展开面积AD ：螺旋桨各叶伸张轮廓面积之总和

AD AE均可称为叶面积

桨叶平均宽度：bm=AE/[Z(R-α/2)]  bm:平均宽度，d：毂径，z：叶数

第三章 螺旋桨基础理论

一、早期推进器理论大致分为两派：动量理论和叶元体理论

螺旋桨环流理论：将流体力学中机翼理论应用于螺旋桨，解释叶元体受力与水之速度变更关系，将上述两派理论联系起来而发展成

理想推进器的概念和力学模型：

1、理想推进器理论：满足以下假设

①推进器为一轴向尺度趋于零，水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后，称为鼓动盘（具有吸收外来功率并推水向后的功能）

②水流速度和压力在盘面上均可分布

③水为不可压缩理想流体

2、何谓理想推进器：推进器为一直径为D的没有厚度的圆盘面，此盘面具有吸收外来功率兵推水使其获得轴向诱导速度的功能，这样一个被理想化的推进器称为理想推进器，又称为鼓动盘。

二、理想推进器的推力和诱导速度

应用动量定理求推进器推力

单位时间内流经盘面质量：m=ρA0（VA+Ua1）

∴Ti=m（VA+Ua）-mVA=mUa=ρA0（VA+Ua1）Ua

结论：在理想推进器盘面处的速度增量为全部增量的一半。Ua1和Ua称为轴向诱导速度。Ua1、Ua↑则Ti↑

三、理想推进器的效率

ηiA=PE/PD 有效功率/消耗功率  由于推进器在水中以VA前进产生推力Ti

依据动能定理，桨盘面前后动能之差为推进器消耗的功率。结论：越小则越大，在推力Ti和速度VA一定的条件，要取得小的载荷系数必须增大盘面积A0，对螺旋桨来说需要增大直径D，从而提高效率

四、理想螺旋桨理论

理想螺旋桨：对于螺旋桨而言，是利用旋转运动来吸收外来功率，因此除了产生轴向诱导速度之外，还要产生周向诱导速度。对于理想螺旋桨则是忽略离心力以及未留收缩的影响，此时螺旋桨产生的周向诱导速度在桨盘紧后方至远后方保持不变为一常数。

五、旋转力与轴向诱导速度的关系

VA·ω=2πn

应用动量矩定理，dr环中产生的dQ=动量矩L’’-L’

应用动能定理，dFiUt1=dmU2t/2

得 Uti=Ut/2

结论：螺旋桨盘面处的诱导速度为盘面后在一截面处诱导速度的一半

六、诱导速度的正交性

（ωrdFi=dTiVA+0.5dmU2a+0.5dmU2t）

结论：诱导速度Un垂直于合速VR

七、理想螺旋桨效率i=ηiA（轴向诱导速度）ηiT（周向诱导速度）

问题：为什么理想螺旋桨效率小于理想推进器效率

答：由于螺旋桨后的尾流旋转，不仅产生了轴向诱导速度，还产生了周向诱导速度，

ηi=ηiA·ηiT ,而ηiT小于1，∴

八、速度多角形

桨叶切面的复杂运动最后课归结为水流以速度VR，攻角αk流向桨叶切面

九、作用在机翼上的升力阻力

儒科夫斯基公式L=ρVT

定义：