螺旋槳的工作原理

1、螺旋槳的工作原理上次課給大家介紹了船艇水阻力的三種主要成分的形成原因及影響其大小的主要因素。（那么這三種阻力是哪三種？選其中一種提問(wèn)其成因）。我們知道，船艇在水中運(yùn)動(dòng)要受到阻力的影響。那么船艇為什么能在水中運(yùn)動(dòng)？它是靠什么推動(dòng)的呢？它又是怎樣推動(dòng)的呢？這就是我們這次課要給大家介紹的內(nèi)容。我們把推動(dòng)船艇運(yùn)動(dòng)的裝置稱為推進(jìn)器。推進(jìn)器的種類很多，我們常見(jiàn)的有明輪推進(jìn)器、噴水推進(jìn)器、平旋推進(jìn)器和螺旋槳等。目前使用最廣泛的推進(jìn)器是螺旋槳，它的特點(diǎn)是：推進(jìn)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。下面我們就來(lái)看一看一、螺旋槳的結(jié)構(gòu)、配置和螺旋槳水流（一）螺旋槳的結(jié)構(gòu)螺旋槳由槳轂、槳葉和整流罩等組成，并通過(guò)槳轂和尾軸相連

2、。一般螺旋槳有35個(gè)槳葉，有的則多達(dá)6個(gè)。下面給大家介紹幾個(gè)有關(guān)螺旋槳的幾何名詞。（結(jié)合幻燈片）螺距一一螺旋槳繞軸旋轉(zhuǎn)一圈，沿軸向前進(jìn)的幾何距離。（P）螺旋槳按旋轉(zhuǎn)方向可分為左旋螺旋槳和右旋螺旋槳兩種，從艇尾向前看，進(jìn)車時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱右旋螺旋槳；反時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱左旋螺旋槳。我們?cè)鯓优袛嘁粋€(gè)靜止的螺旋槳是左旋還是右旋呢？將螺旋槳平放，從側(cè)面看，槳葉向右上方傾斜的為右旋螺旋槳；槳葉向左上方傾斜的為左旋螺旋槳。（二）螺旋槳的配置螺旋槳的配置一般有單螺旋槳、雙螺旋槳、三螺旋槳和四螺旋槳等。地方商船一般采用單螺旋槳，且多數(shù)為右旋螺旋槳;公邊船艇一般采用雙螺旋槳或四螺旋槳配置，且多采用外旋式（即右舷安裝右

3、旋螺旋槳，左舷安裝左旋螺旋槳；若右舷安裝左旋螺旋槳，左舷安裝右旋螺旋槳，則稱為內(nèi)旋式）三螺旋槳船相對(duì)較少。（三）螺旋槳工作時(shí)的水流排出流、吸入流、頂流、伴流這四種水流只有排出流和吸入流和螺旋槳直接相關(guān)。而頂流和伴流則和船艇是否對(duì)水移動(dòng)有關(guān)，只有船艇對(duì)水移動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生頂流和伴流，且隨艇速增加而增大。二、螺旋槳的推力和阻力（一）水翼原理水翼從形狀上可分為機(jī)翼形水翼和弓形水翼。船艇上的舵就屬于機(jī)翼形水翼，螺旋槳槳葉則是弓形水翼。當(dāng)水翼和水流成一攻角后。翼板前面壓力要高于翼背面的壓力，形成壓力差，使翼板前面的水流流至尾部銳緣后轉(zhuǎn)向背面，導(dǎo)致翼剖面周圍形成環(huán)流。這個(gè)環(huán)流和原來(lái)的水流形成疊加，使翼背面水流流

4、速大增，壓力明顯下降；翼前面水流流速降低，壓力升高。從而進(jìn)一步加大了壓力差，產(chǎn)生了垂直于來(lái)流方向的升力和平行于來(lái)流方向的阻力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，可得水翼在水中運(yùn)動(dòng)的升力和阻力的公式如下：升力L=C升SV2阻力D=C阻SV2其中：V水翼相對(duì)于水的速度（米/秒）S水翼面積（米2）C升一一升力系數(shù)，是攻角和水的密度（p）的函數(shù)。C阻一一阻力系數(shù)，是攻角和水的密度（p）的函數(shù)。（二）螺旋槳的推力和阻力以一片槳葉的截面為例：當(dāng)船艇靜止時(shí)，螺旋槳開始工作，把螺旋槳看成不動(dòng)，則水流以攻角a流向槳葉，其速度為2nnr（n為轉(zhuǎn)速；r為該截面半徑）。根據(jù)水翼原理，槳葉要受升力和阻力的作用，推動(dòng)螺旋槳前進(jìn)，即推動(dòng)船艇前進(jìn)。

5、船艇運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生頂流和伴流。繼續(xù)把船艇看成不動(dòng)，則頂流以和艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋槳流來(lái)，而伴流則以和艇速方向相同，流速為Ur向螺旋槳流來(lái)。通過(guò)速度合成，我們可以得到和螺旋槳成攻角a,向槳葉流來(lái)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:dPUrdT=dL-cos3dDsin3dQ=dL-sin3+dDcos3dT使船艇前進(jìn)稱為推力；dQ稱為橫向力，即槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力。顯然，攻角a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(zhuǎn)速越高，而航速越低，即攻角a較大時(shí)，T和Q也越大。設(shè)艇速V不變，如伴流流速增加（合速度減?。?，

6、則攻角增大，推力和阻力也大；如果螺旋槳轉(zhuǎn)速增加（合速度增加），則攻角增大，推力和阻力也大。當(dāng)船艇靜止不動(dòng)時(shí)，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水流攻角很大，則推力和阻力可能達(dá)到很大的值。阻力過(guò)大，對(duì)主機(jī)工作不利。所以船艇在從靜止開始用車時(shí)，不宜用高速；同理，船艇在前進(jìn)中換倒車時(shí)或從后退中換正車時(shí)，都應(yīng)經(jīng)過(guò)停車階段，讓艇速下降后再行轉(zhuǎn)換，而不宜直接轉(zhuǎn)換。主要是防止出現(xiàn)大攻角，產(chǎn)生巨大的旋轉(zhuǎn)阻力，造成主機(jī)超負(fù)荷。下面給大家介紹一個(gè)滑失的概念。如果螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)前進(jìn)的距離等于螺旋槳的螺距P,設(shè)螺旋槳轉(zhuǎn)速為n，則理論前進(jìn)速度為nP。也就是說(shuō)將不產(chǎn)生水被螺旋槳前后撥動(dòng)的現(xiàn)象，然而事實(shí)上，螺旋槳總是隨船一起以低于nP的進(jìn)速V對(duì)水作前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。那么螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周在軸向上前進(jìn)的實(shí)際距離為hp(=Vs/n),稱為進(jìn)距。于是我們把P和hp之差(Php)稱為滑失?；Ш吐菥郟之比為滑失比：Sr=(Php)/P=(nPVs)/nP=1Vs/nP式中Vs/nP稱為進(jìn)距比。從式中可以得出，當(dāng)Vs=nP時(shí)，Sr=0。即卩P=hp也就是螺旋槳將不產(chǎn)生對(duì)水前后撥動(dòng)的現(xiàn)象，螺旋槳給水的推力為零。因此我們可以得出結(jié)論：滑失越大，滑失比越高，則螺旋槳推水的速度也就越高，所得到的推力就越大。小結(jié)本次課介紹了螺旋槳的結(jié)構(gòu)、配