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    螺旋槳槳葉參數與性能的關系

    日期:2016-07-19

    摘要:介紹直徑、螺距、弦長、縱傾、側斜等參數對螺旋槳推力、效率、空泡、振動、噪聲等性能的影響。

    螺旋槳設計時,涉及到多種參數,它們分別表達著設計要求的不同方向,例如伴流分數與推力減額分數,表達了船舶與螺旋槳之間的相互影響,而空泡數則是槳葉空泡性能的量化指標。主要介紹直徑、螺距、弦長、縱傾、側斜等參數對螺旋槳推力、效率、空泡、振動、噪聲等性能的影響。

    螺旋槳的直徑

    螺旋槳在原地旋轉時,葉梢的軌跡稱為稍圓,其直徑即為螺旋槳直徑,以D表示。螺旋槳初步設計中,首先對直徑與轉速選定其一,然后通過圖譜法確定另一參數的最佳值。環流理論設計法中,直徑是根據設計經驗或船型指定的。一般來說,螺旋槳的直徑越大,轉速越低,效率越高,但直徑過大時,槳葉盤面處的平均伴流減小,導致船身效率下降,可能會降低總的推進效率。另外,螺旋槳直徑的選擇須考慮船舶吃水及船舶尾框間隙的限制,對于經常壓載航行的船舶,較小的直徑可以照顧壓載時的效率及避免葉梢露出水面;從振動方面考慮,螺旋槳與船體間的間隙不宜過小,否則可能引起船體尾部結構的振動。

    螺距分布

    取某半徑處與螺旋槳共軸的圓柱面剖分槳葉,截得槳葉剖面,將該葉剖面的鼻尾線延長,環繞軸線一周,其兩端點的軸向距離即是槳葉子啊該半剖面的螺距,以P表示,螺距P與螺旋槳直徑D之比P/D稱為螺距比。將共軸圓柱面與翼型剖面一起展開,鼻尾線與底線之間的夾角稱為螺距角,螺距角的大小表示槳葉在相應半剖面的傾斜程度,槳葉的負荷主要通過螺距分布的設計沿槳葉徑向進行布置。螺旋槳設計時,螺距分布的選取很大程度上決定著槳葉的負荷及負荷分布;設計工況一定時,螺距分布決定著槳葉剖面的工作狀態以及工況點在槳葉空炮斗中的位置;環流理論設計方法通過在不同半徑葉剖面上選取不同的螺距以適應船尾伴流餓不均勻性。在圖譜法及環流理論設計方法中,螺距都是最重要的設計變量。螺距分布對槳葉推力、效率、空泡、振動及噪聲都有著重要的影響。由螺旋槳環流理論可以知道,螺旋槳負荷徑向分布的最大值位置越是偏向葉梢,槳葉的效率越高,但葉梢處的空泡性能會變得很差?,F代螺旋槳設計是在保證推理與效率的同時,追求槳葉空泡、振動與噪聲性能的提高,這就使槳葉葉梢處螺距的設計更加關鍵。

    盤面比與弦長分布

    槳葉梢圓的面積稱為盤面積A0,螺旋槳的伸張面比(伸張面積與盤面積之比)與展開面比(展開面積與盤面積之比)均可稱為盤面比,盤面比實質上表示槳葉的寬窄程度。相同的槳葉數,盤面比越大,槳葉越寬。盤面比的大小主要取決于槳葉數與弦長分布。對于推力要求確定的螺旋槳,盤面比越大,槳葉單位面積上的負荷越小。因此,圖譜法中,在槳葉弦長分布形式給定的情況下,通過空泡校核確定螺旋槳的最小盤面比,進而確定弦長。關于盤面比與效率的關系,一般認為盤面比增加會導致效率的降低,但設計實踐表明:增加槳葉數導致盤面比增大時,效率未必一定降低。對此相互矛盾結論的解釋是:盤面比的改變,會導致其它參數(如0.75R處的厚度弦長比)的變化,這些變化對效率有不同的影響,關鍵取決于那種影響更具有決定作用,這只有通過比較計算,甚至試驗才能確定。在環流理論設計方法中,通過徑向環量與槳葉切面的弦長,升力系數之間的關系(升長積系數),可以綜合空泡、推力、效率的設計要求,結合螺旋槳的設計工況與螺旋槳分布的設計來考慮弦長分布的設計。這只是讓我們在設計弦長分布時有了更多的選擇,然而至今還沒有公認的槳葉弦長設計方法。

    槳葉縱傾與側斜

    假設螺旋槳固定于船尾旋轉,與槳葉固定的旋轉坐標系為(ο—χγψ),根據國際船模試驗水池會議(ITTC)的建議,將通過葉跟剖面鼻尾線中點的徑向線稱為螺旋槳參考線。通常將螺旋槳參考線與槳軸的交點作為原點,而取某一槳葉的參考線作為ψ=0。

    縱傾(又稱縱斜)表示槳葉各半徑剖面在槳軸方向的位置,通常指槳葉的最大總縱傾;側斜槳的總縱傾為初始縱傾與側斜引起的縱傾之和,前者為無側斜時,葉剖面弦長中點沿軸向的位移,而后者是槳葉剖面沿螺距方向形成周向位移的同時產生的軸向位移。側斜指槳葉各半徑剖面鼻尾線的中點沿周向偏離螺旋槳參考線的程度,以角度表示,通常指最大側斜角。

     

    標簽: 螺旋槳(85) 船用螺旋槳加工(62)
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