船用螺旋桨的空泡效应
海运学院石开玉船舶螺旋浆空泡问题
请大家批评指正 谢谢！ 谢谢！
一般往往化简为: 一般往往化简为
• 四、避免空泡的措施
– – – – 1、增大螺旋桨盘面比； 、增大螺旋桨盘面比； 2、降低转速； 、降低转速； 3、改善船尾型线，使螺旋桨处于均匀流场中； 、改善船尾型线，使螺旋桨处于均匀流场中； 4、增大尾吃水，增大螺旋桨沉深。 、增大尾吃水，增大螺旋桨沉深。
– 2、叶剖面形状和迎角 、
• 叶剖面厚度越大，导边越钝，迎角越大，叶背流速就越大，越 叶剖面厚度越大，导边越钝，迎角越大，叶背流速就越大， 容易产生空泡
空泡现象是在空泡数低于初始空泡数时发生的
• 从中看出 • 要想降低空泡数口, 一般认为 有二种情况 降低静压力 或增加 要想降低空泡数口 一般认为, 有二种情况: 降低静压力p或增加 流速V。 流速 。 再说, 船体是在粘性较大的水中运行的, 所以, 再说 船体是在粘性较大的水中运行的 所以 在船体的后方将产 生追随船体的液流。 生追随船体的液流。 这种液流称为船尾伴流或称伴流。伴流的平均速度, 这种液流称为船尾伴流或称伴流。伴流的平均速度 以其伴流和 船速之比, 即平均伴流系数W。然而, 船速之比 即平均伴流系数 。然而 由于螺旋桨对水的平均速 度VA就是螺旋桨的平均前进速度与平均伴流速 就是螺旋桨的平均前进速度与平均伴流速 度之和, 即船速Vs, 故可用下式表示 故可用下式表示: 度之和 即船速
船舶螺旋浆空泡问题
海运学院 石开玉
螺旋桨的结构与形状
• • 一、螺旋桨的结构
桨叶
桨轴 整流罩 桨毂
[3]
[4]
•空泡
空泡， 空泡，应该是影响螺旋桨效率的重 要表征。 要表征。 出现空泡， 出现空泡，意味着工作中的螺旋桨对 水的推力减弱。空泡越多， 水的推力减弱。空泡越多，则效率越 低。
船舶推进 6-7章
K1 0.25R 0.35R 0.60R 634 520 207
K2 250 285 151
K3 1410 1320 635
K4 4 16 34
K5 82 64 23
K6 34 28 12
K7 41 57 65
K8 380 420 330
二、计算实例
某散装货船 采用MAU4 图谱桨 ZQAL12-8-3-2 Ne=11100 hp N=124 rpm D=5.6 m P/D=0.7 η0= 0.521 AE/A0=0.586 Vmax=14.68 kn ε=10o G=7.4 gf/cm3
pb pv
令空泡数为：
p0 pv 1 V02 2
其中：静压力
p0 pa hs
V0 V A2 ( 2nr ) 2
Pa～大气压力（10330 kgf/m2） hs～桨轴或叶切面沉深 如 则 pb pv ，产生空泡 如 则
pb pv ，不产生空泡
减压系数只与 Vb／V0 有关，故与切面形状、入射 角 αk 及 B 点的位置有关， 与V0 的大小无关。
减压系数如图示分布，最高点为最大减压系数，压力最低。 在极限状态 则不发生空泡的 p0 pv p0 pv V k 极限速度为： 1 1 2 Vk max 2 2 气化空泡～水中空气逸出到气核 汽化空泡～水爆发式汽化 似是空泡～水中气核膨胀
§7.3 桨叶的径向分布
一、桨叶的叶梢厚度
D<3.0 m 时，t’=0.0045D D>3.0 m 时，t’=0.0035D
二、叶厚度的径向分布
1、线性分布：t’ 到0.25R处厚度连直线； 2、非线性分布： t’ ～0.6R～0.25R处厚度连成光顺曲线； 3、荷兰船模试验水池建议的厚度分布
船舶螺旋桨和舵上的空蚀现象.
船舶螺旋桨和舵上的空蚀现象【摘要】近二十年里，由于日益增加的螺旋桨功率和大型船舶的船速，螺旋桨和舵上的空蚀成为一个越来越大的问题。
侵蚀的确切原因还有特定类型的空泡和侵蚀的关系现在还没有被充分的认知。
基于经验，侵蚀的危险和几种特定类型的空泡有关，这个可以通关计算和（或）模型测试可以的出来。
在欧盟支持的项目EROCAV中，相关人员对空蚀的基本机制进行了研究，并且开发了一种新的预测螺旋桨和舵上空蚀危险的方法。
【关键词】螺旋桨，舵，空泡，侵蚀，模型——实船【引言】航运市场对结合高功率与低噪声低振动螺旋桨的商船有着极强的需求。
最大功率的单桨船在过去的二十年里在商船队中一直占领者统治地位，从百分之三十上升到了百分之六十。
随着（大型）船舶速度的增加，螺旋桨的负载也在增加。
由于螺旋桨造成的不均匀流动，研究螺旋桨与船体的交互作用是个富有挑战性的难题。
随着船速和螺旋桨负载的增加，在螺旋桨和附体（舵和构架）上的空泡现象也越来越具有危险性。
工程方法可以预测空泡导致的侵蚀，但是这些方法仅仅是一般性的，真正在空泡现象中的物理过程只有部分是已知的。
因此我们需要一个科学的预测空蚀的方法。
包含空泡效应的工程模拟需要基于研究室的等比例的试验对整个现象有更进一步的了解。
在2001年，欧洲的船东代表、螺旋桨制造商、船级社、研究机构（包括模型）和大学组成了一个合作团队，对空泡对螺旋桨和舵的侵蚀开始了为期三年的研究。
这个项目被称为EROCAV。
合伙人分别是：德国的汉堡造船试验站、法国的Bassin d’Essais des Carèn s、瑞典的查尔莫斯大学工学专业、德国劳氏船级社、波兰的船舶与研究中心（CTO）、瓦锡兰推进公司（法国船级社）、英国的劳氏船舶登记机构、荷兰海事研究协会、德国的梅克伦堡州的Metallguß、瑞典的SSPA AB、瑞典的Walleniusrederierna AB欧盟在他们GROWTH计划的范围内对于这个项目给予了资金支持。
空泡现象的原理
空泡效应原理
根据伯努利定律，螺旋桨高速旋转，由于桨叶的高速移动，则桨叶背部的压力必然降低，形成一个吸力面，低压就这么产生了，当压力低于水的饱和蒸气压时，液体中的液态分子就转化为气态分子，最终会突然产生大量的气泡，被称为“空泡效应”。
常规的螺旋桨最佳转速只有300-600转，大型货轮的最佳转速甚至不到100转。
一旦超过这个转速，空泡就开始出现，转速越高空泡就越严重。
空泡效应原理
当液体内某点压力降低到某个临界压力以下时，液体发生汽化，先是微观的，然后成为宏观的小气泡，尔后在液体内部或液体与固体的交界面上，汇合形成较大的蒸汽与气体的空腔。
空泡现象
2 A
不发生空泡的极限条件： max
ξmax=σ
p0 pv 1 2 ρ Vk 2
p0 pv 1 max 2
Vk : 不发生空泡的极限速度
Vk
近年来对空泡机理的研究表明
所谓气化空泡是指原溶解于水中的气体，由于降
压或过饱和，以扩散的方式通过界面逸到存在于水里
的气核中并成长到肉眼能见的程度；
所谓汽化空泡是指液体分子因降压到所谓饱和蒸
汽压力导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核 并使之膨胀； 所谓似是空泡是指原来以各种方式存在于水中的 气核，虽然没有任何水汽或气体逸入，但当外界压力 降低时，它本身也会膨胀到肉眼可见的程度。
§ 7-2 叶切面空泡现象及对水动力
性能的影响
在研究空泡问题时，常按空泡对翼型
一、柏利尔限界线
柏利尔根据各类船舶螺旋桨的统计资料，提出
校核空泡的限界线如下图所示。图中以0.7R处切面
的空泡数σ0.7R为横坐标，单位投射面积上的平均推
力系数τc为纵坐标。
p0 pv 7 R 0. 1 2 V0.7 R 2
T AP c 1 2 V0.7 R 2
柏利尔限界线 、瓦根宁根限界线
B
α
min
)
泡界 限
0.5
σ
cr
1.0
1.5
ξ
max
,σ
§7-3 空泡现象及对水动力性能的影响
一、螺旋桨的空泡现象 1．涡空泡 2．泡状空泡
3．片状空泡
4．云雾状空泡
0.7
η
0
0.6
二、空泡对
螺旋桨性能 的影响
K T 10K Q η
第7章 空泡现象
1894年 1894年，“勇敢”号 勇敢” 小型驱逐舰： 小型驱逐舰：转速比额定 低1.54%；主机总功率比 1.54%； 额定低7.5%；航速只有24 额定低7.5%；航速只有24 节（设计27节） 设计27节
最后修改 方案？ 方案？
原因：空泡 原因：
船舶发展存在着二种趋势
高转速和大功率：军用船舶(如高速艇等)主机，并 高转速和大功率：军用船舶(如高速艇等)主机， 将高速主机与螺旋桨直接相连。 将高速主机与螺旋桨直接相连。这类船的螺旋桨上 空泡往往在所难免， 空泡往往在所难免，因而促进了所谓空泡螺旋桨或 全空泡螺旋桨的研究和发展。 全空泡螺旋桨的研究和发展。 船舶大型化和高功率：由于螺旋桨负荷不断增加， 船舶大型化和高功率：由于螺旋桨负荷不断增加， 尾部流场的不均匀性使螺旋桨上产生时生时灭的空 导致桨叶剥蚀损伤， 泡，导致桨叶剥蚀损伤，而且往往伴有强烈的尾部 振动。 振动。
空泡数σ 与来流速度V 空泡数 σ 与来流速度 V0、 水 的汽化压力p 及静压力p 有关， 的汽化压力 pv 及静压力 p0 有关 ， 而与桨叶切面的几何特征无关。 而与桨叶切面的几何特征无关。
减压系数ξ只与该处流速V 减压系数ξ只与该处流速Vb对 有关。 来流速度V 的比值( 来流速度V0的比值(Vb／V0)有关。 p0 − pb Vb 2 ξ= = ( ) −1 故在绕流条件下减压系数ξ 故在绕流条件下减压系数ξ随切面 1 2 V0 ρV0 形状、入射角α 点的位置而变， 形状、入射角αK及B点的位置而变， 2 与来流速度V 的大小无关。 与来流速度V0的大小无关。
水动力特性与空泡数的关系
CL 10C D
C L-σ,α=常数
空泡初生
C D-σ,α=常数
空泡初生
【浅谈空泡现象】
浅谈空泡现象广船国际江山内容提要本文浅显的分析空泡的形成原理和空泡破灭时的作用，以及空泡对在船舶造成的影响和损害。
本文研究空泡的原理，有助于今后了解和解释船舶建造和维修中碰到的一些超常规的现象，为完善船舶设计和维修提供参考依据。
主题词船舶空泡气蚀---------------------------------------------------------------------前言在我们的船舶建造和维修的过程中常常会碰到一些流体对船体和设备的损害，很多损害是由于流体的速度、压强的变化产生破坏性的空泡气蚀作用。
本文通过船舶维修中的一个案例来探讨一下空泡现象对给船舶带来的伤害，并浅显的研究空泡形成和溃灭的原因，提出防止空泡气蚀的方法．一、空泡的形成我司为瑞典GOTLAND航运建造的客滚船，在其营运过程中发现船舵的部分区域出现油漆破损并腐蚀的情况。
我们知道，舵叶外表都有油漆作保护，内层是树脂漆作底，外层有防海底生物油漆，这种保护足以保护舵叶保持3-5年无损伤，但为什么航行不到一年的舵叶就出现了破损现象呢？这些损伤的部位并不是均匀的分布在舵叶上，而是在特定的几个地方出现，仔细检查那些部位，发现那里非常不光滑，坑坑洼洼，就像一个个的小弹坑。
这到底是什么造成的呢？经对国内外舵叶维修的资料查询和分析，维修专家组最终认定造成这种伤害的原因是空泡气蚀导致的。
什么是空泡呢？我们首先就要从空泡的形成说起了。
空泡的形成需要从几个物理现象来解释。
第一个是沸点与压强的关系：水的沸点随压强的降低而降低。
我们知道烧开水时，水在标准大气压下（1个大气压相当于101325Pa），温度达到100℃，水就会沸腾，但是如果在海拔6000多米的高原，水温只要到达80℃左右就可以沸腾了。
在压强达到198490Pa时，即约不到两个大气压时，水到120℃才开，这个压强差不多是普通高压锅的压强。
这是由于空气气压不同导致其沸点不同的，气压越大沸点越高，气压越小沸点越低。
螺旋桨空泡效率符号
螺旋桨空泡效率符号摘要：1.螺旋桨空泡现象的概述2.螺旋桨空泡效率符号的定义和意义3.影响螺旋桨空泡效率的因素4.提高螺旋桨空泡效率的方法5.总结与展望正文：螺旋桨空泡现象是船舶、海洋工程等领域中的一种常见现象。
它是指在螺旋桨推进过程中，由于高速水流与桨叶的相互作用，使水产生气泡，并在桨叶表面形成空泡。
这种现象对船舶的推进性能、噪音和磨损等方面具有重要影响。
因此，研究螺旋桨空泡现象及其效率符号具有很大的实际意义。
螺旋桨空泡效率符号是衡量螺旋桨推进性能的一个重要参数，它表示螺旋桨在推进过程中所产生的气泡对推进力的贡献。
具体来说，螺旋桨空泡效率符号η定义为推进力F与气泡产生速率Q的比值，即η=F/Q。
在实际工程应用中，提高螺旋桨空泡效率是降低能耗、减小噪音和磨损的关键。
影响螺旋桨空泡效率的因素主要包括以下几点：1.螺旋桨的设计参数：包括桨叶形状、桨叶尺寸和螺旋桨转速等。
合理的桨叶设计可以降低空泡产生，提高推进效率。
2.水流特性：包括水流速度、水流稳定性等。
水流速度过快或稳定性差容易导致气泡的产生。
3.船舶速度：船舶速度与螺旋桨空泡效率密切相关。
当船舶速度增加时，螺旋桨所承受的载荷增大，空泡现象加剧，效率降低。
针对以上影响因素，提高螺旋桨空泡效率的方法有以下几点：1.优化螺旋桨设计：通过改进桨叶形状、尺寸和转速，降低气泡产生，提高推进效率。
2.控制水流特性：合理调整水流速度和稳定性，避免过快或过慢的水流对螺旋桨产生不良影响。
3.调整船舶速度：在保证船舶安全的前提下，合理控制船舶速度，降低螺旋桨空泡现象。
总之，研究螺旋桨空泡现象及其效率符号对于优化船舶推进性能、降低噪音和磨损具有重要意义。
通过本文的阐述，希望能为相关领域的工程技术人员提供一定的参考和借鉴。
《船舶推进学》--chapter6--螺旋桨的空泡现象 - 给学生
4、超空泡 长度大于弦长，包裹整个截面， 稳定
二维翼上的超空泡（super cavitation）
26 26 March 2015 27 26 March 2015
3
6-2 叶切面的空泡现象及其对性能的影响
6-2 叶切面的空泡现象及其对性能的影响
6-2 叶切面的空泡现象及其对性能的影响
二、叶切面空泡的两个阶段 （一）第一阶段空泡 1、局部空泡 2、对水动力性 能影响不大 3、对叶表面产 生剥蚀
一、螺旋桨空化研究的起因
船舶推进学
丁江明
Tel: E-mail: 13477021457 goodluckdjm@(个人邮箱） 2407456572@（课件和作业邮箱）
26 March 2015
1、1875年，船舶螺旋桨空化的最早文献---Reynolds
第六章、螺旋桨的空泡现象
一、叶切面空泡的类型
1、泡状空泡 空泡溃灭剧烈 嘈杂、剥蚀强
•Bubble cavities collapse very violently, • so that this cavitation is noisy, erosive and bad. 二维翼上的泡状空泡（bubble cavitation）
hs
（1） K （2）叶切面形状 （3）B点位置
B
αK
14
hs V0 A
26 March 2015
26 March 2015
15
26 March 2015
6-1 空泡的成因
6-1 空泡的成因
6-1 空泡的成因
四、影响减压系数和空泡数的各种因素
P0 Pv 1 V02 2
图6-3 机翼型切面和弓型切面的压力分布情况
船模经验
船模经验船模经验一：名词解释：空泡效应：空泡效应常在使用半浸桨的单体船和使用双驱的双体船上出现。
螺旋桨是将位于前方的水吸入并高速排出，而由于结构关系，螺旋桨被安装于船体的正后方，船体阻挡了水流被螺旋桨吸入，在高速时产生真空状态降低了螺旋桨的工作效率。
因此，许多使用半浸桨的单体船都增加了出轴，使螺旋桨远离船体保证了螺旋桨的正常使用效率。
理论上，螺旋桨离船体越远，空泡效应越小。
需要注意的是尽管增加了出轴保证了螺旋桨同船体的距离，但同时也增加了船的力臂并改变了船的重心。
而对于使用直轴的船来说，因为直轴都是以一定向下的角度入水的，所以，如果出轴越长，螺旋桨就吃水越深。
如此一来要么就是效率降低，要么就是船体被推的太高导致不稳定现象。
正所谓：“物极必反”。
单驱双驱主要是指双体船的动力配置，由于真正的CAT就是使用双驱动力，而过去因为船体结构、大小、速度、重量、内部布局等因素的影响很少使用双驱动力。
而在进几年，不少厂家推出了体形相对较大的船壳，加上有不少玩家为了追求其“仿真度”和性能。
因此也有越来越多的玩家开始着手制作和改造其双驱动力艇了。
而上述的“仿真度”不光只是加套动力和外观上的接近。
更多的是双驱船那跑起来的姿态和声音是单驱船无法比拟的。
（我们常说：单驱跑得速度，双驱跑得是感觉）。
半浸桨和全浸桨:全浸桨大都安装在模型船的底部，整个螺旋桨在工作时都被浸在水中。
我们常能够在ECO和耐久比赛的船上看到全浸桨结构的船。
而半浸桨除了结构上同全浸桨有很大的不同之外，其安装位置和工作原理使其最大的特色。
半浸桨大都安装在船体后方，螺旋桨的中心线同船体底部成同一平面。
如此一来，当遥控船开起并起滑时螺旋桨只有在下方的桨叶是接触水面并推动船模前进的。
这也是使用半浸桨的船模容易起滑和能够产生很高很美丽的水花的秘密。
起滑：众所周知，水的阻力要大于空气，船体接触水面越少船的阻力也就越小，当然其速度也就越快。
（前提是要能够保证起滑高度和船体姿态）。
船舶推进第6章 螺旋桨的空泡现象要点
三、延缓螺旋桨空泡发生的措施
1、从降低最大减压系数入手
1)减小叶根附近切面的螺距。单浆船在叶根 部分的拌流较大，易产生空泡现象，故可将 根部切面的螺距适当减小，从而使该处的最 大减压系数值降低，并易保持相当的叶宽以 免厚度过大。
23
船舶推进第六章 螺旋桨的空泡现象
2)采用弓形切面或压力分布较均匀的其它切 面形式，有利于延缓空泡的发生。
24
船舶推进第六章 螺旋桨的空泡现象
3)增加螺 旋桨的盘 面比，以 减低单位 面积上的 平均推力， 使叶背上 的减压系 数降低。
25
船舶推进第六章 螺旋桨的空泡现象
2、从提高螺旋桨的空泡数入手
1)尽量增加螺旋桨的浸没深度。
2)减小螺旋桨的转速，即尽可能选用低转速 的主机。 3)提高浆叶的加工精度。 4)改善船尾部分的形状与正确安装浆轴位置 可减小斜流拌流不均匀性的影响等。
2、当 一定，水温越高，汽化压力 越大，则空泡数越小。
14
船舶推进第六章 螺旋桨的空泡现象
3、当 和 为一定时，浆叶的沉没深度越 大，则空泡数也越大。 如果忽略诱导速度，则 来流速度可表示为： 4、当转速n和进速 较大，其合成速度 也大，则空泡数较小。
15
船舶推进第六章 螺旋桨的空泡现象
对于叶切面来说，最大减压系数越大者越易 发生空泡；对空泡数来说，空泡数愈小愈易 发生空泡。
七、不发生空泡数的极限条件
物体做高速运动时，若速度超过极限 值 ，则必然发生空泡现象。
16
船舶推进第六章 螺旋桨的空泡现象
八、空泡的种类
气核：研究表明，在液体中产生空泡是 因液体内本身存在某种“缺陷”或“弱 点”所致，这种缺陷或弱点就是气核。 1、气化空泡：是指原溶解于水中的气 体，由于降压或过饱和，以扩散的方式 通过界面逸到存在于水里的气核中并成 长到肉眼能看见的程度。
螺旋桨空泡现象攻略
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。
对于鱼雷类型的旋转体，
巴甫连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
什么是“空泡现象”？为何小小的泡泡,能让螺旋桨变的千疮百孔？
什么是“空泡现象”?为何小小的泡泡,能让螺旋桨变的千疮百孔?
所谓空泡是指一部分压力降至水饱和蒸气压以下时产生的气泡，这些气泡是由蒸气和某些溶解于水中的气体组成的。
空泡产生于发声的振动板的周围，或产生与单位面积升力大的水翼(如水翼或船的螺旋桨)的周围。
也就是说，这些物体的表面压力剧烈下降，最终下降到所在温度的饱和蒸气压以下，这时先生成微小的气泡，然后气泡吸收去气体而逐渐增大。
随着空泡产生，气泡流向下游，一般说，空泡周围的压力会再度上升，而空泡趋向消失。
然而，由于空泡是突然产生的，冲过来的水力会使气泡破裂，并且又激烈地相互碰撞和相互排斥，气泡在造成的冲击状态中反复地被破坏和产生。
这种现象会引起周围的流体产生剧烈的压力变化，发出噪声。
在那里的物体表面除受到冲击引起损伤之外，还会导致阻力显著地增大。
为此，在设计水中运转的机械时，不要造成会产生空气泡的形状，或者设计成即使产生空泡，也不至于对该机械带来不良影响的形状。
船舶推进_螺旋桨的空泡现象
C -σ,α=常 随边之外，通常对叶
1.0
表面无剥蚀作用；但
1.5 1.0 影响叶切面的水动力 0.5
片状空泡（全空泡）
性能。
30
6.2 叶切面的空泡现象及其对性能的影响
水动力特性与空泡数的关系
CL 10C D
C L-σ,α=常数
空泡初生
C D-σ,α=常数
空泡初生
0.5
1.0
1.5
2.0
σ
存在于水里的气核中并成长到肉眼能见的程度；
2. 汽化空泡（ vaporization cavity ）：是指液体分子因降 压到所谓饱和蒸汽压力导致爆发式的汽化，水汽通过界
面，进入气核并使之膨胀；
23
6.1 空泡的成因
3. 似是空泡：指原来以各种方式存在于水中的气核，虽 然没有任何水汽或气体逸入，但当外界压力降低时， 它本身也会膨胀到肉眼可见的程度。 气化空泡、似是空泡都可能在大于、等于或小于饱和蒸 汽压力pv 时出现。成长过程缓慢。 汽化空泡则总是在小于或至少等于 pv 下才能出现。成长 迅速。 初生空泡数σi
1.0
C
σ
第一阶段空泡现象 的特征是： 空泡区域是局部 的，对叶切面的水 动力性能不发生明 显影响，但可能在 叶表面产生剥蚀。
29
D
0
-1.0
D
C
B
A
球状空泡；局部空泡
6.2 叶切面的空泡现象及其对性能的影响
空泡现象的第二阶段
ξ
2.0
第二阶段空泡现象的
特征是：
CL 10C D
1.0
ξ=σ
0
C -σ,α=常 空泡区域已拖到
空泡一般经历初生、发展和溃灭三个阶段。 空泡被认为是流体动力的扰动源、噪声的辐射源、振 动的激励源和材料的剥蚀源。
螺旋桨如何形成空泡
螺旋桨如何形成空泡
螺旋桨如何形成空泡
基本上应该如此理解,螺旋桨在旋转的时候带动周围的液体高速流动,因为正面的液体被螺旋桨甩出去,由于大量的液体是从正面甩出去了,周围的液体来不及补充近来,所以在螺旋桨的背面就形成一定的真空,这时液体中含有的空气就溢出来,在背面形成气泡,又由于紧跟着液体的挤压,气泡被击碎,所以就形成了空泡腐蚀.
空泡的另外一种形式是超空泡，它的形成还有些不同超空泡（supercavitation）是一种物理现象。
当物体在水中的运动速度超过100节时，后部就会形成奇异的水蒸气泡，从而产生“超空泡”流体———机械效应。
液体绕物体快速运动时压力会下降，而随着速度的增加，当液体压力等于水蒸气压力时，液体便由水相变为气相，形成水蒸气。
空泡会使水流发生畸变，从而损失水泵、涡轮水翼和推进器的使用效率，还可能导致强冲击波的出现，并引起金属表面的腐蚀。
舰船设计师经常要与制造麻烦的空泡打交道，试图避免出现空泡现象，如将船体设计成流线型等。
物体在水中运动时，还需要克服与水的摩擦力所造成的黏性阻力，这种阻力大约是空气阻力的1000倍。
科学家们为改进设计绞尽了脑汁，谁知最后却惊喜地发现，一个有效的办法竟然是可以利用讨厌的空泡，形成一种可更新的气体包络，使流体对物体表面的浸湿面积最少，从而大大降低黏性阻力，这种低密度气泡就是超空泡。
超空泡是空泡的一种极端形式，当物体在水中的运动速度超过50米／秒时，钝头航行器或安装在头部的气体注入系统就可能产生低密度气穴。
空泡长度与物体的运动速度有关，物体能够在自己产生的长气泡内部，以最小的阻力飞速前进。
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船用螺旋桨的空泡效应
船用螺旋桨的空泡现象
1、涡空泡
涡空泡发生在叶梢和毂部。
桨叶随边出现的自由涡片的不稳定性，在尾端不远处就卷起两股大旋涡，在叶梢形成梢窝，在跟部处的涡汇集成毂涡。
涡核中压力最低，当降至某一临界压力时就产生空泡。
2、泡状空泡
泡状空泡通常指在叶背上切面最大厚度处所产生的空泡，呈泡沫状。
这时叶切面的攻角较小，导致没末出现负圧峰。
泡状空泡对螺旋桨的性能影响不大，但对桨叶材料有剥蚀作用。
3、片状空泡
片状空泡通常指在桨叶外半径部分导边附近产生，呈膜片状，长度不一。
在攻角较大时最容易产生这类空泡。
超空泡流动：若空泡从叶切面导边一直延伸到随便以外，即叶片切面全部为空泡所覆盖。
影响龙叶螺旋桨性能而无剥蚀作用。
局部空泡：若空泡起源于导边而在到随边之前结束。
对螺旋桨有剥蚀作用。
空泡对螺旋桨性能的影响
第一阶段空泡对螺旋桨的水动力性能不产生影响，但使叶面产生剥蚀。
第二阶段空泡对螺旋桨的水动力性能产生影响，但对叶面无剥蚀作用。
延缓螺旋桨空泡发生的措施
1、从降低最大减压系数入手
减小叶跟附近切面的螺距。
单桨船在叶根部分的拌流较大，易产生空泡现象，故可将根部切面的螺距适当减小，从而使该处的最大减压系数值降低，并易保持相当的叶宽以免厚度过大。
采用弓形切面或压力分布较均匀的其他切面形式，有利于延缓空泡的产生。
增加螺旋桨的盘面比，以减低单位面积上的平均推力，使叶背上的减压系数降低。
2、从提高螺旋桨的空泡数入手
尽量增加螺旋桨的浸没深度。
减小螺旋桨的转速，即尽可能选用低转速的主机。
提高桨叶的加工精度。
改善船尾部分的形状与正确安装桨轴位置可减小斜流拌流不均匀性的影响等。
3、其他措施
对高速船，特别是高速军舰而言，往往螺旋桨空泡在所难免。
一般作如下处理：
允许桨叶上有部分空泡存在，在使用过程中应根据其剥蚀情况予以调换。
速度再高时，干脆设法促使其在第二阶段空泡下运转，即所谓全空泡（或称超空泡）螺旋桨的设计问题。