螺旋桨空泡现象攻略
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
螺旋桨转一周在不同位置时水的绕流速度及攻角是变化的当螺旋桨转到速度低的攻角区域时吸力面上的压力就增大了空泡就会收缩空泡中的部分水蒸气分子便会凝结因而周围的水向空泡集中冲击桨叶螺旋桨表面遭破坏这种现象称为剥蚀
螺旋桨的空泡现象 由流体动力学可知，当水流绕经桨叶时，在吸力面上它的局部速度 将大于未扰动的水流速度；在桨叶推力面上其绕流速度将小于未扰动的 速度。根据伯努利方程式可以导出桨叶吸力面上的压力将小于末干扰时 的水流压力，当螺旋桨的转速增加到某一定值时，桨叶的吸力面上的最 大流速处的压力降到该处温度下的饱和蒸汽压力时，在吸力面上便会出 现空泡。随着螺旋桨转速伪继续提高，空泡区域会逐渐扩大到整个叶元 吸力面，这就是螺旋桨的空化现象。 空化现象分为两个阶段：如果空泡已经出现，但还没有扩展到叶元 的整个吸力面，则属于空化的第一阶段；当空泡已扩展列叶元的整个吸 力面，并且越出其边界时，则属于空化的第二阶段。 当产生第一阶段空化时，沿叶元的压力分布发生了变化（图 8 11）， 但它对螺旋桨的作用曲线并不发生影响．这是因为空化产生后在吸力面 上沿叶元的长度方向压力分布发生了变化，压力分布面积的减小（面积 abc）能为这种压力的重新分布所增加的部分（面积 cde）所补偿。因此 第一阶段的空化对螺旋桨的推力、力矩和效率均不会产生影响。
其中
由此，
当
时，则 ，此时 ，这也就是说； 是当螺旋桨原地
（用系缆固定）工作时的推力减额系数科教授提供了下述公式
(8 30) 式中 为鱼雷尾部壳体之切线与雷体纵轴的夹角。对现有鱼雷系数
当有效推力系数
时，其进速系数值 称为零有效推力的相对
螺距，并用 来表示。
图 8 11 叶元压力分布曲线 当空泡区域扩大，形成空化第二阶段时，就会引起螺旋桨的作用曲 线发生变化，因为在第二阶段空化时，．叶元吸力面上的压力将保持为 饱和蒸汽压力，但其推力面上的压力将总是随着绕流速度的增加而降 低。因此在第二阶段空化时，压力分布曲线所包围的面积以及叶元的升 力系数将随绕流速度的增加而下降。所以推力系数 K1、力矩系数 K2 及效率 亦相应下降。 第一阶段空化虽然不影响鱼雷的工作性能，但在其他方面却带来不 良的影响。我们已经知道，工作在斜流中的螺旋桨，流体流经盘面的速 度场是不均匀的。螺旋桨转一周在不同位置时水的绕流速度及攻角是变 化的，当螺旋桨转到速度低的攻角区域时，吸力面上的压力就增大了， 空泡就会收缩，空泡中的部分水蒸气分子便会凝结，因而周围的水向空 泡集中，冲击桨叶，螺旋桨表面遭破坏，这种现象称为剥蚀。另一方面， 由于空泡周期性地扩张和收缩，所形成的气泡振动导致噪音的产生，这 种噪音对鱼雷的自导装置将产生不良的影响。 应当指出，鱼雷螺旋桨的工作时间很短，空化对其剥蚀作用不大。 我们必须对空化的第二阶段予以注意，在设计螺旋桨时，掌握发生第二 阶段空化时的转数是很需要的，这个转数我们称为临界转数。如果螺旋 桨的转数高于此临界转数，则螺旋桨不可能产生所需要的推力，以保证 鱼雷的航行速度。 螺旋桨空化的临界转数可确定如下：设所研究的叶元在水下 h，深 度以速度 运动．对叶元流过的流线运用伯努利方程式即可写出
值，须要知道
值则根据经验公式加以
一般螺旋桨的转数
时，在吸力面上不发生空泡，当
时，在吸力面上局部地方将产生空泡，当 扩展到整个吸力面。
时空泡则
空泡的形成受到多种因素的影响。这些因素是绕流速度 、攻角 、螺旋桨的相对厚度 b、桨叶数以及螺旋桨工作深度等。随着 、 及 b 值增加，都会促使空泡过早的产生。增加叶数和螺旋桨工作深 度，有利于避免空泡的形成。因为桨叶增加以后，各叶片上的负荷就会 减少，吸力面上的压降程度减小，从而可以提高产生空泡的临界转数。 增加螺旋桨的工作深度，使得螺旋桨处的流体静压力增加，故可防止空 泡过早地出现。 8.2.4 螺旋桨的推力减额、推力减额系数及有效推力
式中 为大气压力； 为水的比重，由于 很多，故上式可简化为
一般比 大得
（8-31）
由图 8 10 可知，绕流速度与螺旋桨的转速之间的关系如下：
将上述关系代入式（8 31），则得临界转数
（8-32）
（8-33）
螺旋桨的临界转数一般是以叶片重心处整个叶元进入第基阶段空
泡为其标志。为了确定 确定，在此不拟详述。
（8-27）
式中 及 分别为在叶元前未受干扰处水流的压力和速度， 及 分别为叶元吸力面上流体的压力和速度。
上式可改写成
（8-28）
令
，并称它为减压系数，由上式得
（8-29）
当空化的第二阶段开始时，吸力面上的压力等于饱和蒸汽压力 ， 绕流速度 则等于临界绕流速度 ，在上述公式的基础上得到
（8-30）
（8-26）
所以有效推力为： 与推力系数 相似，有效推力系数 由下式确定：
（8-27）
（8-28）
或者将式（8 27）代入上式得：
（8-29）
推力减额系数的大小决定于雷体形状、螺旋桨与雷体的相互位置、 螺旋桨的大小及工作规范，并用试验方法确定之。
研究证实，推力减额系数与螺旋桨的相对于零推力螺距的滑脱 有 下列关系：
实践表明：推力减额基本上是由尾部附加压力降所引起的。在雷体 ——螺旋桨系统中，推力减额是一个内力，它应被螺旋桨所产生的部分 推力所平衡。因此，螺旋桨总推力 T，亦即通过推力轴承传给雷体的力，
一部分消耗于克服鱼雷运动的阻力 ，另一部分则消耗于克服推力减额 ，也就是说：
（8-25）
推力 T 中用以克服鱼雷运动阻力的部分称为螺旋桨的有效推力 ， 通常把推力减额值用推力减额系数 来表示：
螺旋桨的空泡现象 由流体动力学可知，当水流绕经桨叶时，在吸力面上它的局部速度 将大于未扰动的水流速度；在桨叶推力面上其绕流速度将小于未扰动的 速度。根据伯努利方程式可以导出桨叶吸力面上的压力将小于末干扰时 的水流压力，当螺旋桨的转速增加到某一定值时，桨叶的吸力面上的最 大流速处的压力降到该处温度下的饱和蒸汽压力时，在吸力面上便会出 现空泡。随着螺旋桨转速伪继续提高，空泡区域会逐渐扩大到整个叶元 吸力面，这就是螺旋桨的空化现象。 空化现象分为两个阶段：如果空泡已经出现，但还没有扩展到叶元 的整个吸力面，则属于空化的第一阶段；当空泡已扩展列叶元的整个吸 力面，并且越出其边界时，则属于空化的第二阶段。 当产生第一阶段空化时，沿叶元的压力分布发生了变化（图 8 11）， 但它对螺旋桨的作用曲线并不发生影响．这是因为空化产生后在吸力面 上沿叶元的长度方向压力分布发生了变化，压力分布面积的减小（面积 abc）能为这种压力的重新分布所增加的部分（面积 cde）所补偿。因此 第一阶段的空化对螺旋桨的推力、力矩和效率均不会产生影响。
其中
由此，
当
时，则 ，此时 ，这也就是说； 是当螺旋桨原地
（用系缆固定）工作时的推力减额系数科教授提供了下述公式
(8 30) 式中 为鱼雷尾部壳体之切线与雷体纵轴的夹角。对现有鱼雷系数
当有效推力系数
时，其进速系数值 称为零有效推力的相对
螺距，并用 来表示。
图 8 11 叶元压力分布曲线 当空泡区域扩大，形成空化第二阶段时，就会引起螺旋桨的作用曲 线发生变化，因为在第二阶段空化时，．叶元吸力面上的压力将保持为 饱和蒸汽压力，但其推力面上的压力将总是随着绕流速度的增加而降 低。因此在第二阶段空化时，压力分布曲线所包围的面积以及叶元的升 力系数将随绕流速度的增加而下降。所以推力系数 K1、力矩系数 K2 及效率 亦相应下降。 第一阶段空化虽然不影响鱼雷的工作性能，但在其他方面却带来不 良的影响。我们已经知道，工作在斜流中的螺旋桨，流体流经盘面的速 度场是不均匀的。螺旋桨转一周在不同位置时水的绕流速度及攻角是变 化的，当螺旋桨转到速度低的攻角区域时，吸力面上的压力就增大了， 空泡就会收缩，空泡中的部分水蒸气分子便会凝结，因而周围的水向空 泡集中，冲击桨叶，螺旋桨表面遭破坏，这种现象称为剥蚀。另一方面， 由于空泡周期性地扩张和收缩，所形成的气泡振动导致噪音的产生，这 种噪音对鱼雷的自导装置将产生不良的影响。 应当指出，鱼雷螺旋桨的工作时间很短，空化对其剥蚀作用不大。 我们必须对空化的第二阶段予以注意，在设计螺旋桨时，掌握发生第二 阶段空化时的转数是很需要的，这个转数我们称为临界转数。如果螺旋 桨的转数高于此临界转数，则螺旋桨不可能产生所需要的推力，以保证 鱼雷的航行速度。 螺旋桨空化的临界转数可确定如下：设所研究的叶元在水下 h，深 度以速度 运动．对叶元流过的流线运用伯努利方程式即可写出
值，须要知道
值则根据经验公式加以
一般螺旋桨的转数
时，在吸力面上不发生空泡，当
时，在吸力面上局部地方将产生空泡，当 扩展到整个吸力面。
时空泡则
空泡的形成受到多种因素的影响。这些因素是绕流速度 、攻角 、螺旋桨的相对厚度 b、桨叶数以及螺旋桨工作深度等。随着 、 及 b 值增加，都会促使空泡过早的产生。增加叶数和螺旋桨工作深 度，有利于避免空泡的形成。因为桨叶增加以后，各叶片上的负荷就会 减少，吸力面上的压降程度减小，从而可以提高产生空泡的临界转数。 增加螺旋桨的工作深度，使得螺旋桨处的流体静压力增加，故可防止空 泡过早地出现。 8.2.4 螺旋桨的推力减额、推力减额系数及有效推力
式中 为大气压力； 为水的比重，由于 很多，故上式可简化为
一般比 大得
（8-31）
由图 8 10 可知，绕流速度与螺旋桨的转速之间的关系如下：
将上述关系代入式（8 31），则得临界转数
（8-32）
（8-33）
螺旋桨的临界转数一般是以叶片重心处整个叶元进入第基阶段空
泡为其标志。为了确定 确定，在此不拟详述。
（8-27）
式中 及 分别为在叶元前未受干扰处水流的压力和速度， 及 分别为叶元吸力面上流体的压力和速度。
上式可改写成
（8-28）
令
，并称它为减压系数，由上式得
（8-29）
当空化的第二阶段开始时，吸力面上的压力等于饱和蒸汽压力 ， 绕流速度 则等于临界绕流速度 ，在上述公式的基础上得到
（8-30）
（8-26）
所以有效推力为： 与推力系数 相似，有效推力系数 由下式确定：
（8-27）
（8-28）
或者将式（8 27）代入上式得：
（8-29）
推力减额系数的大小决定于雷体形状、螺旋桨与雷体的相互位置、 螺旋桨的大小及工作规范，并用试验方法确定之。
研究证实，推力减额系数与螺旋桨的相对于零推力螺距的滑脱 有 下列关系：
实践表明：推力减额基本上是由尾部附加压力降所引起的。在雷体 ——螺旋桨系统中，推力减额是一个内力，它应被螺旋桨所产生的部分 推力所平衡。因此，螺旋桨总推力 T，亦即通过推力轴承传给雷体的力，
一部分消耗于克服鱼雷运动的阻力 ，另一部分则消耗于克服推力减额 ，也就是说：
（8-25）
推力 T 中用以克服鱼雷运动阻力的部分称为螺旋桨的有效推力 ， 通常把推力减额值用推力减额系数 来表示：