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    船用螺旋槳的工作原理分析

    日期:2016-04-14

    摘要:對船用螺旋槳的工作原理進行簡單分析

    船用螺旋槳工作原理可以從兩種不同的觀點來解釋,一種是動量的變化,另一種則是壓力的變化。在動量變化的觀點上,簡單地說,就是螺旋槳通過加速通過的水,造成水動量增加,產生反作用力而推動船舶。由于動量是質量與速度的乘積,因此不同的質量配合上不同的速度變化,可以造成不同程度的動量變化。 

     另一方面,由壓力變化的觀點可以更清楚地說明螺旋槳作動的原理。螺旋槳是由一群翼面構建而成,因此它的作動原理與機翼相似。機翼是靠翼面的幾何變化與入流的攻角,使流經翼面上下的流體有不同的速度,且由伯努利定律可知速度的不同會造成翼面上下表面壓力的不同,因而產生升力。而構成螺旋槳葉片的翼面,它的運動是由螺旋槳的前進與旋轉所合成的。若不考慮流體與表面間摩擦力的影響,翼面的升力在前進方向的分量就是螺旋槳的推力,而在旋轉方向的分量就是船舶主機須克服的轉矩力。

     以一片槳葉的截面為例:當船艇靜止時,螺旋槳開始工作,把螺旋槳看成不動,則水流以攻角α流向槳葉,其速度為2πnr(n為轉速;r為該截面半徑)。根據水翼原理,槳葉要受升力和阻力的作用,推動螺旋槳前進,即推動船艇前進。船艇運動會產生頂流和伴流。繼續把船艇看成不動,則頂流以與艇速大小相等,方向相反的流速向螺旋槳流來,而伴流則以與艇速方向相同,流速為ur向螺旋槳流來。通過速度合成,我們可以得到與螺旋槳成攻角α,向槳葉流來的合水流。則槳葉受到合水流升力dL和阻力dD的作用,將升力和阻力分解,則得到平行和垂直艇首尾線的分力:

    dT=dL•cosβ-dD•sinβ  

    dQ=dL•sinβ+dD•cosβ 

    dT使船艇前進稱為推力;dQ稱為橫向力,即槳葉的旋轉阻力。 

    顯然,攻角α和流入槳葉的水流合速度V合決定了T和Q的大小。通常螺旋槳轉速越高,而航速越低,即攻角α較大時,T和Q也越大。 

    設艇速V不變,如伴流流速增加(合速度減?。?,則攻角增大,推力和阻力也大;如果螺旋槳轉速增加(合速度增加),則攻角增大,推力和阻力也大。當船艇靜止不動時,螺旋槳轉動時,水流攻角很大,則推力和阻力可能達到很大的值。阻力過大,對主機工作不利。所以船艇在從靜止開始用車時,不宜用高速;同理,船艇在前進中換倒車時或從后退中換正車時,都應經過停車階段,讓艇速下降后再行轉換,而不宜直接轉換。主要是防止出現大攻角,產生巨大的旋轉阻力,造成主機超負荷。

     

    標簽: 船用螺旋槳設計(49) 螺旋槳(85)
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