馬格努斯效應(yīng)在船舶上的應(yīng)用.ppt

制作者：,馬格努斯效應(yīng)在船舶上的應(yīng)用,馬格努斯效應(yīng)的定義：當一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角速度與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉(zhuǎn)角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相互垂直的方向上將產(chǎn)生一個橫向力，在這個橫向力作用下物體飛行軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱作馬格努斯效應(yīng)。,馬格努斯效應(yīng)簡介,早在本世紀20年代，就有人開始考慮將馬格努斯效應(yīng)應(yīng)用在船舶上，但是進展不大，70年代石油危機以后，人們又重新對其在船舶上的應(yīng)用產(chǎn)生了興趣，主要有以下幾個方面：,馬格努斯效應(yīng)在現(xiàn)代船舶上的應(yīng)用,轉(zhuǎn)柱舵風(fēng)筒推進裝置減搖裝置馬格努斯螺旋槳發(fā)電機,1.轉(zhuǎn)柱舵,轉(zhuǎn)柱舵是根據(jù)馬格努斯效應(yīng)而設(shè)計的一種新型舵。它由一個具有圓形端板的圓筒取代普通舵的舵葉,如圖所示。船舶在航行中,當圓筒在原動機的帶動下旋轉(zhuǎn)時,圓筒將受到馬格努斯效應(yīng)力的作用,船舶在這個力的作用下轉(zhuǎn)向。圓筒倒轉(zhuǎn)時,力的作用方向相反,轉(zhuǎn)柱舵具有以下優(yōu)點：,性能上：轉(zhuǎn)柱舵比普通舵具有更好的流體動力特性?，F(xiàn)有資料表明,當圓筒的圓周速度為來流速度的4倍時,其升力與阻力之比約為9:1;而對普通舵來說,在滿舵時,其升力與阻力之比不到2,1。因此,轉(zhuǎn)柱艙不會象普通舵那樣在大舫角下增加船舶力。由于轉(zhuǎn)柱舵的轉(zhuǎn)船力矩與水流的一次方成正比,而普通舵的轉(zhuǎn)船力矩與水流的二次方成正比,因此轉(zhuǎn)柱舵與普通舵相比,在低速下更有效。普通舵倒骯時操縱性都會變壞。而轉(zhuǎn)柱舵倒航時,其流體的動力特性變化不大,因而其操縱性仍然十分有效。結(jié)構(gòu)上:轉(zhuǎn)柱舵的外形為圓柱休,水流對其作用力的方向通過圓柱的軸線,受力情況比普通舵要好。同時其強度和剛度方面都優(yōu)于普通舵,制造和維修也較方便。控制上:轉(zhuǎn)柱舵的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速可以由變速電機或液壓馬達來控制和驅(qū)動,這樣不僅提高了操舵裝置的可靠性,而且也不存在一般操舵裝置的舵角校正問題和跑舵、鎖舵等常見問題。另外,轉(zhuǎn)柱舵原動機僅需克服軸承的摩擦力和圓柱體表面與液體間的粘性摩擦力,共功率要小于普通舵的舵機功率。,2.風(fēng)筒推進裝置,馬格努斯效應(yīng)首先在推進裝置方面得到了實際應(yīng)用。1924年,一名叫弗萊特納(AntonlFetter)的德國企業(yè)家將兩個直徑為3米,高13米的圓柱體裝在460噸的“巴考”(Buekau)號上,取代原船上的帆,以4.4千瓦的發(fā)動機帶動圓柱體旋轉(zhuǎn),借助風(fēng)在旋轉(zhuǎn)的圓筒上產(chǎn)生的推力,成功地從漢堡橫渡大西洋到達紐約。圖所示是20年代另一艘名叫“巴拉巴拉”Barbara)號的船,上面裝有三個圓筒。,風(fēng)筒推進裝置除了能節(jié)省能源外還具有單位推力投資低,結(jié)構(gòu)簡單,易于操作和控制等優(yōu)點,引起了世界各國的重視。法國、德國、蘇聯(lián)、瑞典和美國在這方面已取得了很大的進展。,3.減搖裝置,通常的減搖裝置是通過兩側(cè)的減搖鰭片起作用的。減搖鰭片的橫截面一般是機翼形,當水流流過鰭片時對鰭片產(chǎn)生一個升力,兩側(cè)的升力共同對船產(chǎn)生一個恢復(fù)力矩,克服由于風(fēng)浪對船產(chǎn)生的傾斜力矩,達到減搖目的。馬格努斯減搖裝置用旋轉(zhuǎn)的圓柱體代替通常的鰭片。當圓柱體旋轉(zhuǎn)時,由于馬格努斯效應(yīng)易產(chǎn)生恢復(fù)力矩,如圖所示。馬格努斯減搖裝置的優(yōu)點是制造簡單,效率高,對船舶產(chǎn)生的阻力小和容易收放。比不僅可以降低造價,而且可以提高效率。目前的計算表明這種馬格努斯螺旋槳要比常規(guī)螺旋槳產(chǎn)生的推力大一倍。如果這種計算在實船上證明是正確的，那么主機功率可減小一半,節(jié)能效益十分顯著。,4.馬格努斯螺旋槳,馬格努斯螺旋槳1912年己有專利。圖表示了馬格努斯螺旋槳與導(dǎo)流管結(jié)合的一種裝置。它用旋轉(zhuǎn)的圓柱體來代替常規(guī)的螺旋槳葉片,利用導(dǎo)流管內(nèi)的齒條和主機傳動軸驅(qū)動圓柱體。實驗表明:這種螺旋槳與常規(guī)螺旋槳相示了馬格努斯螺旋槳與導(dǎo)流管結(jié)合的一種裝置。它用旋轉(zhuǎn)的圓柱體來代替常規(guī)的螺旋槳葉片,利用導(dǎo)流管內(nèi)的齒條和主機傳動軸驅(qū)動圓柱體。實驗表明:這種螺旋槳與常規(guī)螺旋槳相比不僅可以降低造價,而且可以提高效率。目前的計算表明這種馬格努斯螺旋槳要比常規(guī)螺旋槳產(chǎn)生的推力大一倍。如果這種計算在實船上證明是正確的,那么主機功率可減小一半,節(jié)能效益十分顯著。,5.發(fā)電機,馬格努斯效應(yīng)發(fā)電機有兩種基本類型:水軸式和垂直軸式。水平軸式是弗萊特納在20年代中期發(fā)明的,并且取得了一定的成功。圖是伯格(Borg)提出的一種水下垂直軸式發(fā)電機,這種裝置可以利用潮水或水流發(fā)電