淺談螺旋槳課件

淺談船舶螺旋槳螺旋槳的外形及名稱l螺旋槳俗稱車葉；l螺旋槳通常裝于船的尾部(但也有一些特殊船只在首尾部都裝有螺旋槳,如港口工作船及渡船等)；l單螺旋槳船（single-screwship：在船尾部中線處安裝；l雙螺旋槳船（twin-screw

ship：在中線左右各一槳；l也有3槳、4槳乃至5槳者。螺旋槳的外形及名稱l螺旋槳通常由槳葉和槳轂構(gòu)成螺旋槳的外形及名稱螺旋槳通常由槳葉（blade）和槳轂（propellerhub)構(gòu)成葉面---由船尾后面向前看時(shí)所見(jiàn)到的螺旋槳槳葉的一面；另一面稱為葉背。葉根---槳葉與轂聯(lián)接處；葉梢---槳葉的外端。導(dǎo)邊（leadingedge）---螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉邊緣在前面者；另一邊稱為隨邊（trailingedge）。螺旋槳的外形及名稱螺旋槳的外形及名稱螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征p槳葉的葉面通常是螺旋面的一部分l線段ab與軸線OO1成固定角度,并使ab以等角速度繞軸OO1旋轉(zhuǎn)的同時(shí)以等線速度沿OO1向上移動(dòng),則ab線在空間所描繪的曲面即為等螺距螺旋面。l線段ab稱為母線,母線繞行一周在軸向前進(jìn)的距離稱為螺距,以P表示。螺旋面的形成螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l根據(jù)母線的形狀及與軸線間夾角的變化可以得到不同形式的螺旋面；l母線為一直線且垂直于軸線,則所形成的螺旋面為正螺旋面如圖(a)。l母線為一直線但不垂直于軸線,則形成斜螺旋面,如圖(b)所示。l當(dāng)母線為曲線時(shí),則形成扭曲的螺旋面,如圖（c及圖(d)。螺旋面的幾種形式螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征螺旋線及螺距三角形l母線上任一固定點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所形成的軌跡為一螺旋線。任一共軸之圓柱面與螺旋面相交的交線也為螺旋線(圖

a)表示半徑為R的圓柱面與螺旋面相交所得的螺旋線BB1B2；l將圓柱面展成平面,則此圓柱面即成一底長(zhǎng)為2πR高為P的矩形,而螺旋線變?yōu)樾本€(矩形的對(duì)角線),此斜線稱為節(jié)線。三角形B'B''B2″稱為螺距三角形,節(jié)線與底線間的夾角θ稱為螺距角。螺距角可由下式來(lái)確定:tanq=二、螺旋槳的面螺距l(xiāng)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,如圖中的B0C0段。l將螺旋線段B0C0引長(zhǎng)且環(huán)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;l面螺距P與直徑D之比P/D稱為螺距比;l將圓柱面展成平面后即得螺距三角形,如圖(c)。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l節(jié)線與底線之間的夾角θ為半徑r處的螺距角:螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征（r：圓柱面的半徑）螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l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。lr愈小則螺距角θ愈大。圖(a)表示三個(gè)不同半徑的共軸圓柱面與等螺距螺旋槳槳葉相交的情形

,其展開(kāi)后的螺距三角形如圖(b)所示，r1<r2<r3,而θ1>θ2>θ3。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l弦長(zhǎng)（chordlength）一般有內(nèi)弦和外弦之分。連接切面導(dǎo)邊與隨邊的直線AB稱內(nèi)弦,圖中所示線段BC稱為外弦。l對(duì)于系列圖譜螺旋槳來(lái)說(shuō),通常稱外弦為弦線,而對(duì)于理論設(shè)計(jì)的螺旋槳來(lái)說(shuō),則常以內(nèi)弦(鼻尾線)為弦線。切面的幾何特征機(jī)翼形;

(b)弓形1-面線;2-背線;

3-導(dǎo)緣;4-隨緣;5-拱線;6-導(dǎo)緣端圓螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征

b---弦長(zhǎng)；

t---最大厚度；

δ=t/b---切面的相對(duì)厚度比或葉厚比；

拱線（中線）---切面的中線或平均線；

fM---切面的拱（camber，拱線到內(nèi)弦線的最大距離）；

f=fM/b---切面的拱度比。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征四、槳葉的外形輪廓和葉面積l槳葉的外形輪廓可以用螺旋槳的正視圖和側(cè)視圖來(lái)表示。從船后向船首所看到的為螺旋槳的正視圖,從船側(cè)看過(guò)去所看到的為側(cè)視圖。槳葉的外形輪廓

槳葉參考線或面參考線OU；

縱斜角：參考線與軸線的垂線成某一夾角ε(一般ε<15度)；

縱斜：OU在軸線上的投影長(zhǎng)度zR；螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l投射面比

=AP/Ao(Ao為盤面積)；l對(duì)稱葉形、不對(duì)稱葉形：不對(duì)稱槳葉的葉梢與參考線間的距離XS稱為側(cè)斜,相應(yīng)之角度θS為側(cè)斜角；l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(cè)投影。l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，其投射面積

AP。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l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。l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)。l輻射參考線與最大厚度線的延長(zhǎng)線在軸線上交點(diǎn)的距離t0與直徑D之比值t0/D稱為葉厚分?jǐn)?shù)。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

,須將槳葉最大厚度線延長(zhǎng)至梢徑。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l螺旋槳槳轂的形狀一般為圓錐體,在側(cè)投影上可以看到其各處的直徑并不相等。通常所說(shuō)的槳轂直徑

(簡(jiǎn)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(lái)表示(參閱圖2-11a)。轂徑d與螺旋槳直徑D的比值d/D稱為轂徑比。l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(zhǎng)置于相應(yīng)半徑的水平線上,并光順連接端點(diǎn)所得之輪廓稱為伸張輪廓。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征l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Ao之比稱為伸張面比,即伸張面比=AE/Aol將槳葉葉面近似展放在平面上所得的輪廓稱為展開(kāi)輪廓,如圖虛線所示。各槳葉展開(kāi)輪廓所包含面積之總和稱為展開(kāi)面積,以AD表示。展開(kāi)面積AD與盤面積Ao之比稱為展開(kāi)面比,即展開(kāi)面比=AD/Aol螺旋槳槳葉的展開(kāi)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(kāi)面比均可稱為盤面比或葉面比。盤面比的大小實(shí)質(zhì)上表示槳葉的寬窄程度,在相同的葉數(shù)下,盤面比愈大,槳葉愈寬。螺旋面、螺旋線、螺旋槳的幾何特征船用螺旋槳是驅(qū)動(dòng)船前進(jìn)的一種盤形螺旋面的推進(jìn)裝置。由槳葉及與其相連結(jié)的槳轂構(gòu)成。常用的是三葉、四葉和五葉。包括單體螺旋槳、導(dǎo)管螺旋槳、對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳、串列螺旋槳、可調(diào)螺距螺旋槳、超空泡螺旋槳、大側(cè)斜螺旋槳等。常見(jiàn)螺旋槳介紹船用螺旋槳多由銅合金制成．也有鑄鋼、鑄鐵、鈦合金或非金屬材料制成。日本推出全球首臺(tái)商船用塑料螺旋槳這臺(tái)碳纖維加強(qiáng)塑料（CFRP）螺旋槳于2014年5月由日本Koa工業(yè)公司安裝至日本Sowa

Kaiun

YK公司的“Taiko

Maru”號(hào)499GT化學(xué)品油船上。

重量超輕，具有與鋁青銅材料相同的強(qiáng)度。由于重量輕，螺旋槳軸能以更小的直徑建造，從而顯著減少重量和燃料成本。常見(jiàn)螺旋槳介紹可調(diào)螺距螺旋槳（CPP）對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳（CRP）

可調(diào)螺距螺旋槳：利用設(shè)置于漿榖中的操作機(jī)構(gòu)能使槳葉繞垂直于槳軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以改變其角度（螺距）。在不同航行狀態(tài)時(shí)，主機(jī)均能充分發(fā)揮功率和轉(zhuǎn)速。靈活地前進(jìn)、停車及倒退多工況，適用于載荷變化大的船節(jié)能

對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳：把兩只普通螺旋槳分別裝于兩根同心軸上，并以等速或不等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。效率高扭轉(zhuǎn)力矩小利于避免空泡常見(jiàn)螺旋槳介紹導(dǎo)管螺旋槳大測(cè)斜螺旋槳潛艇大側(cè)斜7葉螺旋槳推進(jìn)器泵噴推進(jìn)器KDX-3驅(qū)逐艦5葉大側(cè)斜可調(diào)螺距螺旋槳導(dǎo)管螺旋槳：在螺旋槳外圍加上一個(gè)環(huán)形套筒而成，套筒的剖面為機(jī)翼型或折線型。提高重載螺旋槳效率提高操縱性能盤面處水流受船速變化的影響小縱搖小保護(hù)螺旋槳減縮式導(dǎo)管漸擴(kuò)式導(dǎo)管槳葉后傾角比較大，利于降噪，潛艇中應(yīng)用廣泛常見(jiàn)螺旋槳介紹吊艙式推進(jìn)器

Azipod(“吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)”)于1990年由ABB和芬蘭KvaernerMasa-Yards船廠聯(lián)合推出，作為世界上第一種安裝在船體外部可以旋轉(zhuǎn)的吊艙內(nèi)的推進(jìn)系統(tǒng)，Azipod掀開(kāi)了船舶技術(shù)新篇章。Azipod是一種安裝在吊艙內(nèi)的電驅(qū)動(dòng)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)。吊艙能夠圍繞連接船體的垂直軸旋轉(zhuǎn)360°，產(chǎn)生指向任意方向的推力，從而讓船舶具備良好的操縱性能。ABB吊艙式全電力推進(jìn)系統(tǒng)（Azipod）、勞斯萊斯和阿爾斯通聯(lián)合研制的Mermaid（美人魚(yú)）吊艙式推進(jìn)器、西門子-肖特爾吊艙式雙螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)（SSP）等已成功地在豪華游輪、專用油輪、破冰船、近海船和工程船上得到廣泛使用常見(jiàn)螺旋槳介紹ABB吊艙式全電力推進(jìn)系統(tǒng)（Azipod）勞斯萊斯和阿爾斯通聯(lián)合研制的Mermaid（美人魚(yú)）吊艙式推進(jìn)器Azipod主要包括吊艙和螺旋槳兩部分，其中，吊艙由支架懸掛在船體的下面，可以全方位旋轉(zhuǎn)，推進(jìn)電機(jī)置于吊艙里面，電機(jī)轉(zhuǎn)子就是螺旋槳的軸，定子則固定在吊艙殼體上。吊艙可以360度旋轉(zhuǎn)，并在任意方向產(chǎn)生推進(jìn)力，省去了傳統(tǒng)推進(jìn)器的舵和側(cè)推裝置，提高了船舶的機(jī)動(dòng)性；同時(shí)，船舶的推進(jìn)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)舵裝置集為一體，節(jié)省了船艙內(nèi)的空間。常見(jiàn)螺旋槳介紹吊艙式推進(jìn)器的主要特點(diǎn)如下：（1）整體效率高；（2）操縱性能好。推進(jìn)器可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，極大地提高了船舶的操縱性和機(jī)動(dòng)性；配合船艏側(cè)推器，吊艙式推進(jìn)器可使船舶完成原地回轉(zhuǎn)、橫向平移、精確定位等一般推進(jìn)器難以完成的操作；（3）噪聲低、振動(dòng)小，吊艙式推進(jìn)器與常規(guī)槳相比可得到更均勻的進(jìn)流，明顯降低振動(dòng)及噪聲水平,能夠提高艦船隱身性能；（4）采用吊艙式推進(jìn)器的船舶能夠簡(jiǎn)化許多復(fù)雜的機(jī)械裝置，使可靠性得到了極大的提高；（5）采用吊艙式推進(jìn)器可以重新優(yōu)化尾部線型，可以充分利用機(jī)艙艙容，使船體設(shè)計(jì)，尤其是船尾和集控室部分的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性；（6）采用模塊化設(shè)計(jì)、安裝，縮短了船舶建造和維修周期。常見(jiàn)螺旋槳介紹空泡現(xiàn)象空泡成因：螺旋槳在水中工作時(shí)，槳葉的葉背壓力降低形成吸力面，若某處的壓力降至臨界值以下時(shí)，導(dǎo)致爆發(fā)式的汽水，水汽通過(guò)界面，進(jìn)入汽核并使之膨脹，形成氣泡，稱之為空泡。無(wú)因次系數(shù)：空泡數(shù)：空泡產(chǎn)生條件：

只隨