船舶推进器螺旋桨研究

船舶推进器螺旋桨研究

一，船用推进器的发展历程。

船舶推进器的种类很多，最古老的要算篙了，它可撑着

船前进。后来又发明了桨和橹，它们一直沿用至今。随后是

利用风帆作为推进工具，出现了多种形式的帆船。随着机器

在船上的应用，就出现了明轮推进器。19世纪初出现了螺旋

桨推进器。为了证明螺旋桨的优越性, 英国海军组织了一场

有趣比赛:把动力相当的“响尾蛇号”螺旋桨轮船和“爱里克

托号”明轮进行了竞赛。两艘船的船尾用粗缆绳系起来，让

它们各朝相反的方向驶去。“响尾蛇号”的螺旋桨飞快地旋

转，“爱里克托号”的明轮猛烈地向后拨水。先是互不相让，但过了一会儿，“响尾蛇号”就把“爱里克托号”拖走了。

这场比赛证明了螺旋桨的优越性。从此，螺旋桨轮船就取代

了明轮。

二，螺旋桨的基本构造与在船舶中的应用基本知识。

螺旋桨俗称车叶，由若干桨叶所组成。桨叶的数目通常为

三叶、四叶或五叶，各叶片之间相隔的角度相等。螺旋桨通常

装在船的尾部，螺旋桨与艉轴的连接部分称为毂，桨叶就固定

在毂上。有船尾向船首看时，所看到的螺旋桨桨叶的一面称为

叶面（压力面），另一面称为叶背（吸力面）。桨叶的外端为

叶梢，而与毂的连接处称为叶根。螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨

迹为梢圆，此圆称为螺旋桨桨盘，直径称为螺旋桨直径，其面

积称为盘面积。

螺旋桨正车旋转时，有船尾向船首看所见到的旋转方向为

顺时针方向的称为右旋桨，反之为左旋桨。双桨船的螺旋桨装

在船尾二侧，正常旋转时，若其上都向着船中线转动的称为内

旋桨，反之为外旋桨。螺旋桨直径的大小往往受到船舶吃水的

限制。一般来说，螺旋桨直径愈大转速愈低，其效率愈高。螺

旋桨与船的尾框要有良好的配合，避免叶尖露出水面而影响效率。螺旋桨船体间隙要适当，以避免引起严重的振动。

三，船用螺旋桨的工作原理。

螺旋桨旋转时，把水往后推。根据力的作用与反作用的原理，水给螺旋桨以反作用力，这就是推力，推船前进。螺旋桨的运动情况同螺钉的运动情况极为相似。把螺钉旋转一圈，它就在螺帽中向前推进一段距离，这段距离称为螺距。螺旋桨的桨叶叶面（压力面）通常是螺旋面的一部分，就像螺钉的螺纹的一部分那样，不过螺旋桨是在水中运动的，水取代的螺帽的地位。

四，船用螺旋桨的有关几何参数。

桨叶数目(B)：可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。

直径(D)：影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。

螺距：它是桨叶角的另一种表示方法。各种意义的螺矩与桨叶角的关系。

实度(σ)：桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。

桨叶角(β)：桨叶角随半径变化，其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。习惯上以70％直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。

五，船用螺旋桨的效率问题。

船舶主机产生的动力经过主轴传递到达艉部，要有传递的能量损失，所以有一个传递效率的问题，同时推进器本身也有一个效率问题。把这些损失综合起来，就是个总效率问题，也

就是说机器功率要比推船前进的有效功率大得多，可用下式表示：p1=p2/p3,

式中：p2——有效功率；

P3——机器功率；

P1——推进系数，它是各种效率相乘的综合之称；p1数

值愈大，表示船的推进性能愈好。

船舶推进器是将主机发出的功率转化为推船前进的推力装置。从上面分析可见，为改善船舶的快速性，除应具备良好的

船型以降低航行时的阻力外，还必须配以性能良好、效率较高

的推进器，这样才能收到较好的效果。为了增大效率，可以在

螺旋桨的外面套上一个截面为机翼形状的圆形套筒（称为导管），导管的外径一头较大，另一头较小，其最小内径比螺旋

桨的直径稍大。导管的作用是造成一个有利于螺旋桨工作的流畅。这种就叫做导管螺旋桨。

水气喷旋式螺旋桨是装于船舶舰艇上的螺旋桨结构的改进。在螺旋桨主体上装有３～９片桨叶，螺旋桨主体装在主轴上，

主轴是双层空心轴，中心是通气道，与桨叶背面的喷气口相连通，包在中心通气道外围的是圆环形通水道，与喷水口相连通。优点是减小阻力，增加轴向推力，可以节约能耗，提高航速。

这种螺旋桨很好的提高了效率。

六，船用螺旋桨的空泡现象。

螺旋桨在水中旋转工作时，桨叶的叶背压力降低而形成吸

力面，当某处的压力降至该温度下水的饱和蒸汽压力时，该处

的水就会发生汽化现象，形成气泡覆盖于叶背，称为空泡现象。空泡产生后，会使螺旋桨的效率降低或发生剥蚀和局部振动的

现象，在螺旋桨设计时应予避免。而对于高速舰船，因为主机

功率大，转速高，空泡现象往往难以避免，就出现了所谓空泡

螺旋桨或全空泡螺旋桨。

由于桨叶负荷过重以及船尾流场的不均匀而产生的螺旋

桨空泡,是导致桨叶剥蚀损伤和船尾强烈振动的重要原因。避免

螺旋桨空泡激振,已成为近代商船螺旋桨设计中必须考虑的一个

重要因素。因此,对空泡的机理,尺度效应,预测方法及防止对策

等问题的研究就显得日趋重要了。螺旋桨模型空泡试验是进行

上述研究的一个重要手段.试验一般在空泡试验筒或减压水池中

进行,螺旋桨模型的进流可以是均匀来流或模拟船尾伴流。通过

本试验可以观察和测量桨叶上空泡的初生,消灭及空泡区域,体

积随时间的变化情况,测量不同空泡数时螺旋桨模型的水动力性

能等。

七，船用螺旋桨的设计。

船用螺旋桨的设计方法有两种，图谱设计法和环流理论设

计法。一般船舶的螺旋桨都用图谱设计法，此类设计法计算简单，能满足工程要求，因此使用广泛。

制造螺旋桨的材料有铜合金、铸铁和铸钢等几种。铜合金

具有强度高、制造加工方便、抗海水腐蚀性能好、表面光滑、

螺旋桨效率高等优点，故广泛使用。铸铁价格便宜，但强度低，故多用于小船上。采用合适的新型的高阻尼吸声材料来制造螺

旋桨。目前世界各国用复合碳纤维材料和玻璃钢材料等来制造

螺旋桨,通过其力学性能优越的特点,控制螺旋桨叶片的变形,来

减少空泡噪声,但阻尼性能差。如果采用智能型阻尼吸声材料,

根据螺旋桨的实际应用情况调解其阻尼吸声性能,使其力学强度

和损耗因子都能达到理想值,用于主动式螺旋桨的噪声控制。

学生：童海丰

学号：200904030330

日期：2011/5/15