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    船用螺旋槳的幾何特征

    日期:2016-04-21

    摘要:介紹船用螺旋槳的面螺距、槳葉切面、槳葉的外形輪廓和葉面積。

    螺旋槳的面螺距

    螺旋槳槳葉的葉面是螺旋面的一部分,故任何與螺旋槳共軸的圓柱面與葉面的交線為螺旋線的一段,B0C0段。若將螺旋線段B0C0引長環繞軸線一周,則其兩端之軸向距離等于此螺旋線的螺距P。若螺旋槳的葉面為等螺距螺旋面之一部分,則P即稱為螺旋槳的面螺距。面螺距P與直徑D之比P/D稱為螺距比。將圓柱面展成平面后即得螺距三角形。

    設上述圓柱面的半徑為r,則展開后螺距三角形的底邊長為2πr,節線與底線之間的夾角θ為半徑r處的螺距角,并可據下式來確定:tgθ=P/2πr

    螺旋槳某半徑r處螺距角θ的大小,表示槳葉葉面在該處的傾斜程度。不同半徑處的螺距角是不等的,r愈小則螺距角θ愈大。

    若螺旋槳葉面各半徑處的面螺距不等,則稱為變螺距螺旋槳。對此類螺旋槳常取半徑為0.7R或0.75R(R為螺旋槳梢半徑)處的面螺距代表螺旋槳的螺距,為注明其計量方法,在簡寫時可記作P0.7R或P0.75R。

    槳葉切面

    與螺旋槳共軸的圓柱面和槳葉相截所得的截面稱為槳葉的切面,簡稱葉切面或葉剖面。將圓柱面展為平面后則得葉切面形狀,其形狀與機翼切面相仿。所以表征機翼切面幾何特性的方法,可以用于槳葉切面。

    槳葉切面的形狀通常為圓背式切面(弓形切面)或機翼形切面,特殊的也有梭形切面和月牙形切面。一般說來,機翼形切面的葉型效率較高,但空泡性能較差,弓形切面則相反。普通之弓形切面展開后葉面為一直線,葉背為一曲線,中部最厚兩端頗尖。機翼形切面在展開后無一定形狀,葉面大致為一直線或曲線,葉背為曲線,導邊鈍而隨邊較尖,其最大厚度則近于導邊,約在離導邊25%~40%弦長處。

    切面的弦長一般有內弦和外弦之分。連接切面導邊與隨邊的直線AB稱內弦,線段BC稱為外弦。對于系列圖譜螺旋槳來說,通常稱外弦為弦線,而對于理論設計的螺旋槳來說,則常以內弦(鼻尾線)為弦線,弦長及螺距也根據所取弦線來定義。弦長b為系列螺旋槳之表示方法。

    切面厚度以垂直于所取弦線方向與切面上、下面交點間的距離來表示。其最大厚度t稱為葉厚,t與切面弦長b之比稱為切面的相對厚度或葉厚比δ=t/b。切面的中線或平均線稱為拱線或中線,拱線到內弦線的最大垂直距離稱為切面的拱度,以fM表示。fM與弦長b之比稱切面的拱度比f=fM/b。

    槳葉的外形輪廓和葉面積

    槳葉的外形輪廓可以用螺旋槳的正視圖和側視圖來表示。從船后向船首所看到的為螺旋槳的正視圖,從船側看過去所看到的為側視圖。

    為了正確表達正視圖和側視圖之間的關系,取葉面中間的一根母線作為作圖的參考線,稱為槳葉參考線或葉面參考線。若螺旋槳葉面是正螺旋面,則在側視圖上參考線OU與軸線垂直。若為斜螺旋面,則參考線與軸線的垂線成某一夾角ε,稱為縱斜角。參考線線段OU在軸線上的投影長度稱為縱斜,用zR表示??v斜螺旋槳一般都是向后傾斜的,其目的在于增大槳葉與尾框架或船體間的間隙,以減小螺旋槳誘導的船體振動,但縱斜不宜過大(一般ε<15°),否則螺旋槳在操作時因離心力而增加葉根處的彎曲應力,對槳葉強度不利。

    槳葉在垂直于槳軸的平面上的投影稱為正投影,其外形輪廓稱為投射輪廓。螺旋槳所有槳葉投射輪廓包含面積之總和稱為螺旋槳投射面積,以AP表示。投射面積AP與盤面積A0之比稱為投射面比,即投射面比=AP/A0。

    投射輪廓對稱于參考線的稱為對稱葉形。若其外形與參考線不相對稱,則為不對稱葉形。不對稱槳葉的葉梢與參考線間的距離xs稱為側斜,相應之角度θs為側斜角。槳葉的側斜方向一般與螺旋槳的轉向相反,合理選擇槳葉的側斜可明顯減緩螺旋槳誘導的船體振動。

    槳葉在平行于包含軸線和輻射參考線的平面上的投影稱為側投影。圖上除畫出槳葉外形輪廓及參考線OU的位置外,還需作出最大厚度線。最大厚度線與參考線OU之間的軸向距離t表示該半徑處葉切面的最大厚度。它僅表示不同半徑處切面最大厚度沿徑向的分布情況,并不表示最大厚度沿切面弦向的位置。與槳轂相連處的切面最大厚度稱葉根厚度(除去兩邊填角料)。輻射參考線與最大厚度線的延長線在軸線上交點的距離t0與直徑D之比值t0/D稱為葉厚分數。工藝上往往將葉梢處的槳葉厚度做薄呈圓弧狀,為了求得葉梢厚度,需將槳葉最大厚度線延長至梢徑。

    螺旋槳槳轂的形狀一般為圓錐體,在側投影上可以看到其各處的直徑并不相等。通常所說的槳轂直徑(簡稱轂徑)是指輻射參考線與槳轂表面相交處(略去葉根處的填角料)至軸線距離的兩倍,并以d來表示。轂徑d與螺旋槳直徑D的比值d/D稱為轂徑比。

    將各半徑處共軸圓柱面與槳葉相截的各切面展成平面后,以其弦長置于相應半徑的水平線上,并光順聯接端點所得之輪廓稱為伸張輪廓。螺旋槳各葉伸張輪廓所包含的面積之總和稱為伸張面積,以AE表示。伸張面積AE與盤面積A0之比稱為伸張面比,即伸張面比=AE/A0。

    將槳葉葉面近似展放在平面上所得的輪廓稱為展開輪廓。各槳葉展開輪廓所包含面積之總和稱為展開面積,以AD表示。展開面積AD與盤面積A0之比稱為展開面比,即展開面比=AD/A0。

    螺旋槳槳葉的展開面積和伸張面積極為接近,故均可稱為葉面積,而伸張面比和展開面比均可稱為盤面比或葉面比。盤面比的大小實質上表示槳葉的寬窄程度,在相同的葉數下,盤面比愈大,槳葉愈寬。此外,還可用槳葉的平均寬度bm來表示槳葉的寬窄程度,其值按下式求?。篵m=AE/Z(R-d/2)。

    式中,AE為螺旋槳伸張面積;d為轂徑;Z為葉數?;蛴闷骄鶎挾缺萴b來表示,即mb=bm/D=(πAE/A0)/[2Z(1-d/D)]。

     

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