船舶推進(jìn)6-7章

1、第六章第六章 螺旋槳的空泡現(xiàn)象螺旋槳的空泡現(xiàn)象6.1 6.1 槳葉表面產(chǎn)生空泡的原因槳葉表面產(chǎn)生空泡的原因在在A，B兩點(diǎn)應(yīng)用伯努力方程：兩點(diǎn)應(yīng)用伯努力方程：20022121VpVpbb定義減壓系數(shù)為定義減壓系數(shù)為1)(2120200VVVppbb如如 表示壓力增高表示壓力增高 表示壓力降低表示壓力降低00 當(dāng)當(dāng)B點(diǎn)的壓力降至水的汽化壓力及飽和增氣壓力點(diǎn)的壓力降至水的汽化壓力及飽和增氣壓力 pv 時(shí)，開始出現(xiàn)空泡，時(shí)，開始出現(xiàn)空泡，產(chǎn)生空泡的條件為：產(chǎn)生空泡的條件為：vbpp 令空泡數(shù)為：令空泡數(shù)為：20021Vppv如如 則則 ，產(chǎn)生空泡，產(chǎn)生空泡如如 則則 ，不產(chǎn)生空泡，不產(chǎn)生空泡vbpp

2、vbpp 減壓系數(shù)只與減壓系數(shù)只與 VbV0 有關(guān)，故與切面形狀、入射有關(guān)，故與切面形狀、入射角角 k 及及 B 點(diǎn)的位置有關(guān)，點(diǎn)的位置有關(guān)，與與V0 的大小無關(guān)。的大小無關(guān)。其中：靜壓力其中：靜壓力sahpp0220)2(nrVVAPa大氣壓力（大氣壓力（10330 kgf/m2）hs槳軸或葉切面沉深槳軸或葉切面沉深氣化空泡水中空氣逸出到氣核氣化空泡水中空氣逸出到氣核汽化空泡水爆發(fā)式汽化汽化空泡水爆發(fā)式汽化似是空泡水中氣核膨脹似是空泡水中氣核膨脹空泡空泡空泡判別條件只對(duì)汽化空泡近似正確空泡判別條件只對(duì)汽化空泡近似正確減壓系數(shù)如圖示分布，最高點(diǎn)為最大減壓系數(shù)，壓力最低。減壓系數(shù)如圖示分布，最高

3、點(diǎn)為最大減壓系數(shù)，壓力最低。在極限狀態(tài)在極限狀態(tài)2021kvVpp則不發(fā)生空泡的則不發(fā)生空泡的極限速度為：極限速度為：max021vkppV6.2 6.2 葉切面的空泡對(duì)性能的影響葉切面的空泡對(duì)性能的影響第一階段：局部空泡，對(duì)水動(dòng)力性第一階段：局部空泡，對(duì)水動(dòng)力性 能無明顯影響，但可能能無明顯影響，但可能 產(chǎn)生剝蝕產(chǎn)生剝蝕第二階段：空泡區(qū)拖到隨邊之外，第二階段：空泡區(qū)拖到隨邊之外， 無剝蝕，但使對(duì)水動(dòng)力無剝蝕，但使對(duì)水動(dòng)力 性能惡化性能惡化6.3 6.3 螺旋槳的空泡現(xiàn)象，空泡對(duì)性能的影響螺旋槳的空泡現(xiàn)象，空泡對(duì)性能的影響一、螺旋槳的空泡現(xiàn)象一、螺旋槳的空泡現(xiàn)象渦空泡渦空泡泡狀空泡泡狀空泡 由

4、梢渦和轂渦引起，先于其他空由梢渦和轂渦引起，先于其他空泡發(fā)生，不影響水動(dòng)力性能，無剝蝕，泡發(fā)生，不影響水動(dòng)力性能，無剝蝕，但梢渦空泡的另一端可能貼到船底，但梢渦空泡的另一端可能貼到船底，構(gòu)成尾振，它還使噪聲明顯增大。構(gòu)成尾振，它還使噪聲明顯增大。 在葉背最大厚度處產(chǎn)生，呈泡狀，在葉背最大厚度處產(chǎn)生，呈泡狀，在葉背后段潰滅，對(duì)水動(dòng)力性能影響在葉背后段潰滅，對(duì)水動(dòng)力性能影響不大，但發(fā)生剝蝕。不大，但發(fā)生剝蝕。片狀空泡片狀空泡 形成于外半徑導(dǎo)邊附近，如延伸形成于外半徑導(dǎo)邊附近，如延伸至隨邊外則形成超空泡流動(dòng)，否則為至隨邊外則形成超空泡流動(dòng)，否則為局部空泡，對(duì)水動(dòng)力性能有影響，超局部空泡，對(duì)水動(dòng)力性能

5、有影響，超空泡空泡無剝蝕作用，但局部空泡有剝蝕無剝蝕作用，但局部空泡有剝蝕作用。作用。云狀空泡云狀空泡 空泡在物面上周期性地生成和潰空泡在物面上周期性地生成和潰滅，被水沖向后方，形成云霧狀，剝滅，被水沖向后方，形成云霧狀，剝蝕嚴(yán)重。蝕嚴(yán)重。二、空泡對(duì)螺旋槳性能的影響二、空泡對(duì)螺旋槳性能的影響對(duì)螺旋槳空泡亦分成兩個(gè)階段：對(duì)螺旋槳空泡亦分成兩個(gè)階段：第一階段：第一階段： 對(duì)水動(dòng)力性能無影響對(duì)水動(dòng)力性能無影響第二階段：第二階段： 使使 KT，KQ，0下降，下降， 空泡大部分或全部覆蓋槳葉?？张荽蟛糠只蛉扛采w槳葉。 前者對(duì)性能影響不大，但產(chǎn)生剝蝕；前者對(duì)性能影響不大，但產(chǎn)生剝蝕；后者影響性能，但無剝

6、蝕作用后者影響性能，但無剝蝕作用kk二、延緩螺旋槳空泡發(fā)生的措施二、延緩螺旋槳空泡發(fā)生的措施1、從降低最大減壓系數(shù)著手、從降低最大減壓系數(shù)著手 a、增加盤面比、增加盤面比 b、采用壓力分布較均勻的切面、采用壓力分布較均勻的切面 c、減小葉根處的螺距、減小葉根處的螺距2、從提高空泡數(shù)著手、從提高空泡數(shù)著手 a、增加槳的浸深、增加槳的浸深 b、減小槳的轉(zhuǎn)速、減小槳的轉(zhuǎn)速思考題：試述空泡的成因及其對(duì)螺旋槳性能的影響。思考題：試述空泡的成因及其對(duì)螺旋槳性能的影響。6.4 6.4 螺旋槳模型的空泡試驗(yàn)螺旋槳模型的空泡試驗(yàn)一、相似定理一、相似定理 如幾何相似的螺旋槳進(jìn)速系數(shù)相等，則對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的速度成比如幾何

7、相似的螺旋槳進(jìn)速系數(shù)相等，則對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的速度成比例，減壓系數(shù)相等，如兩者空泡數(shù)相等，對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的減壓系數(shù)與例，減壓系數(shù)相等，如兩者空泡數(shù)相等，對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的減壓系數(shù)與空泡數(shù)的關(guān)系一致，即模擬了空泡現(xiàn)象。空泡數(shù)的關(guān)系一致，即模擬了空泡現(xiàn)象。滿足空泡相似條件：滿足空泡相似條件：msmsJJ 若在敞水中，槳模與實(shí)槳的沉深相等，則若在敞水中，槳模與實(shí)槳的沉深相等，則 在常溫下在常溫下 故有故有這樣這樣1smssmmAsAmnnDnDnVV20202121AmmvmmAssvssVppVpp2200AsAmvssvmmVVppppsmpp00vsvmppAsAmVVsmnn可見欲滿足空泡相似，必須可見欲滿足空泡

8、相似，必須這是不可能實(shí)現(xiàn)的這是不可能實(shí)現(xiàn)的smnnAsAmVVssmshh二、空泡試驗(yàn)筒概述二、空泡試驗(yàn)筒概述 由密封的循環(huán)水由密封的循環(huán)水筒，驅(qū)動(dòng)水泵，條壓筒，驅(qū)動(dòng)水泵，條壓裝置等組成，工作段裝置等組成，工作段有觀察窗，試驗(yàn)時(shí)水有觀察窗，試驗(yàn)時(shí)水循環(huán)流動(dòng)，并減壓使循環(huán)流動(dòng)，并減壓使空泡數(shù)與實(shí)槳相等，空泡數(shù)與實(shí)槳相等，用頻閃儀和高速攝影用頻閃儀和高速攝影機(jī)觀察和記錄試驗(yàn)，機(jī)觀察和記錄試驗(yàn)，由動(dòng)力儀測量槳的推由動(dòng)力儀測量槳的推力、轉(zhuǎn)矩。力、轉(zhuǎn)矩。三、試驗(yàn)方法及測量數(shù)據(jù)的表達(dá)三、試驗(yàn)方法及測量數(shù)據(jù)的表達(dá) 定流速，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速改變定流速，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速改變 J ，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)筒內(nèi)壓力以獲得所需空泡數(shù)筒內(nèi)壓力以獲

9、得所需空泡數(shù)，將試，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成上圖，并進(jìn)一步繪制成驗(yàn)結(jié)果繪制成上圖，并進(jìn)一步繪制成如右圖的不同空泡數(shù)的性征曲線。如右圖的不同空泡數(shù)的性征曲線。6.5 6.5 空泡校驗(yàn)空泡校驗(yàn)一、柏利爾限界線一、柏利爾限界線柏利爾根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料提柏利爾根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料提出的校核空泡的限界線，出的校核空泡的限界線，坐標(biāo)為坐標(biāo)為0.7R處剖面的空泡處剖面的空泡數(shù)和平均推力系數(shù)數(shù)和平均推力系數(shù)27 . 007 . 021RvRVpp27 . 021/RPcVAT)/229. 0067. 1 (DPAAEP投射面積投射面積柏利爾限界線柏利爾限界線瓦根寧根水池限界線瓦根寧根水池限界線應(yīng)用于應(yīng)用于 B 系列螺旋槳系列螺旋槳

10、日本中小型船限界線日本中小型船限界線根據(jù)柏利爾商船限界線整理而成根據(jù)柏利爾商船限界線整理而成空泡校核舉例：空泡校核舉例：某散裝貨船某散裝貨船Ps=12000 hpN=118.5 rpm采用采用AU5-65圖譜槳圖譜槳D=5.747 mP/D=0.7820= 0.559Vmax=16.05 kn=104.6 kgfs2/m4hs=5.99 mpa=10330 kgf/m2w=0.34第七章第七章 螺旋槳的強(qiáng)度計(jì)算螺旋槳的強(qiáng)度計(jì)算安全航行保證螺旋槳的強(qiáng)度流體動(dòng)力，離心力，撞擊安全航行保證螺旋槳的強(qiáng)度流體動(dòng)力，離心力，撞擊 1、分析計(jì)算法、分析計(jì)算法 2、規(guī)范校核法、規(guī)范校核法7.1 7.1 規(guī)范校

11、核法規(guī)范校核法一、螺旋槳槳葉厚度的確定一、螺旋槳槳葉厚度的確定 根據(jù)根據(jù) 1983年年鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范，槳葉，槳葉 0.25R 和和 0.6R 切面的厚度應(yīng)不小于下式計(jì)算值切面的厚度應(yīng)不小于下式計(jì)算值)(mmXKYt材料系數(shù)材料系數(shù)轉(zhuǎn)速系數(shù)轉(zhuǎn)速系數(shù)功率系數(shù)功率系數(shù)其中：功率系數(shù)其中：功率系數(shù)ZbNNAYe147 . 037 . 0211)(KPDKPDKKPDA主機(jī)額定功率主機(jī)額定功率主機(jī)額定轉(zhuǎn)速主機(jī)額定轉(zhuǎn)速切面弦長切面弦長轉(zhuǎn)速系數(shù)轉(zhuǎn)速系數(shù)ZbDNGAAXd103221087652)(KKKKPDA槳葉材料的槳葉材料的重量密度重量密度盤面比盤面比后傾角后傾角K1K2

12、K3K4K5K6K7K80.25R0.35R0.60R6345202072502851511410132063541634826423342812415765380420330二、計(jì)算實(shí)例二、計(jì)算實(shí)例某散裝貨船某散裝貨船采用采用MAU4圖譜槳圖譜槳ZQAL12-8-3-2Ne=11100 hpN=124 rpmD=5.6 mP/D=0.70= 0.521AE/A0=0.586Vmax=14.68 kn=10oG=7.4 gf/cm37.3 7.3 槳葉的徑向分布槳葉的徑向分布一、槳葉的葉梢厚度一、槳葉的葉梢厚度D3.0 m 時(shí)，時(shí)，t=0.0035D二、葉厚度的徑向分布二、葉厚度的徑向分布1、

13、線性分布：、線性分布：t 到到0.25R處厚度連直線；處厚度連直線；2、非線性分布：、非線性分布： t 0.6R0.25R處厚度連成光順曲線；處厚度連成光順曲線；3、荷蘭船模試驗(yàn)水池建議的厚度分布、荷蘭船模試驗(yàn)水池建議的厚度分布 2 . 0)(tttftxxx=r/R 處切面的厚度處切面的厚度系數(shù)（查表確定）系數(shù)（查表確定）7.4 7.4 螺距修正螺距修正一、轂徑比不同對(duì)螺距的修正一、轂徑比不同對(duì)螺距的修正)()(101)(DdDdDPhhB設(shè)計(jì)螺旋槳的轂徑比設(shè)計(jì)螺旋槳的轂徑比系列螺旋槳的轂徑比系列螺旋槳的轂徑比二、葉厚比不同對(duì)螺距的修正二、葉厚比不同對(duì)螺距的修正修正原則：螺距角修正原則：螺距角 與無升力角與無升力角 0 之和為常數(shù)之和為常數(shù)co