船舶推进_螺旋桨几何特征

桨叶的外形轮廓
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
桨叶参考线或叶面参考 线 OU ： 取 叶 面 中 间 的 一根母线作为作图的参 考线；叶面是正螺旋面， OU 与 轴 线 垂 直 ， 是 斜 螺 旋 面 ， OU 与 轴 线 成 某一夹角。 纵斜角：参考线与轴线 的垂线成某一夹角 ε( 一 般ε< 15o)；
fM ---切面的拱度（ camber ，拱线到内弦线的最大距离 ）； f = fM / b ---切面的拱度比。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
四、桨叶的外形轮廓和叶面积
桨叶的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示。 从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图 , 从船侧看过 去所看到的为侧视图。
P tan 2R
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
二、螺旋桨的面螺距
螺旋桨桨叶的叶面是螺旋面 的一部分 , 故任何与螺旋桨 共轴的圆柱面与叶面的交线 为螺旋线的一段 , 如图中的 B0C0 段。 将螺旋线段 B0C0 引长且环 绕轴线一周 , 则其两端之轴 向距离等于此螺旋线的螺距 P 。若螺旋桨的叶面为等螺 距螺旋面之一部分,则P 即称 为螺旋桨的面螺距;
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triple-screw ship
2.1 螺旋桨的外形及名称
螺旋桨通常由桨叶和桨毂构成
桨叶固定在桨毂上。普通螺旋桨常为3叶或4叶，2叶螺旋桨仅用 于机帆船或小艇上，近来有些船舶（如大吨位大功率的油船） 3 ，为避免振动而采用5叶或5叶以上的螺旋桨。
2.1 螺旋桨的外形及名称
螺旋桨通常由桨叶（ blade ）和桨毂（ propeller hub） 构成
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
机翼形切面在展开后无一定形状, 叶面大致为一直线 或曲线, 叶背为曲线, 导边钝而随边较尖, 其最大厚度 则近于导边, 约在离导边25%～40%弦长处。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
弦 长 （ chord length ） 一 般 有 内弦和外弦之分。 连接切面导边与 随 边 的 直 线 AB 称内弦 , 图中所 示 线 段 BC 称 为 外弦。 对于系列图谱螺 旋桨来说 , 通常 称外弦为弦线, 而对于理论设计 的螺旋桨来说, 则常以内弦(鼻 尾线)为弦线。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋桨某半径r 处螺距角θ的大小, 表示桨叶叶面在该处 的倾斜程度。 r 愈小则螺距角θ愈大。图(a) 表示三个不同半径的共轴 圆柱面与等螺距螺旋桨桨叶相交的情形, 其展开后的螺 距三角形如图( b ) 所示， r1 < r2 < r3 , 而θ1 >θ2 >θ3 。
叶面（blade surface）---由船尾后面
向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面
；另一面称为叶背（blade back） 。 叶根（ blade root ） --- 桨叶与毂联接
处；
叶梢（blade tip） ---桨叶的外端。 导边（leading edge）---螺旋桨正车
旋转时桨叶边缘在前面者；另一边称
旋线 。 任一共轴之圆柱面与螺旋面相交的交线也为螺旋线
。
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4、螺距三角形普遍形式
5、若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则 P即称为 螺旋桨的面螺距。面螺距 P与直径D之比 P/D称为螺距比。
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6、与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为桨叶
的切面，简称叶切面或叶剖面。桨叶切面的形状通常为圆背 式切面(弓形切面)或机翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙
纵斜： OU 在轴线上的 投影长度zR；
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
桨叶在垂直于桨轴的平面上 的投影称为正投影 , 其外形 轮廓称为投射轮廓，其投射 面积 AP。 投射面比 =AP/Ao (Ao 为盘面 积 )；
对称叶形、不对称叶形：不 对称桨叶的叶梢与参考线间 的距离XS 称为侧斜, 相应之 角度θS 为侧斜角； 桨叶在平行于包含轴线和辐 射参考线的平面上的投影称 为侧投影。
螺旋桨桨叶的展开面积和伸张面积极为接近 Baidu Nhomakorabea 故均可称 为叶面积, 而伸张面比和展开面比均可称为盘面比或叶 面比。盘面比的大小实质上表示桨叶的宽窄程度 , 在相 同的叶数下, 盘面比愈大, 桨叶愈宽。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
此外 , 还可用桨叶的平均宽度bm 来表示桨叶的宽窄程度 , 其值按下式求取
船舶推进 Ship Propulsion
华中科技大学船海学院
2.1 螺旋桨的外形及名称
螺旋桨俗称车叶； 螺旋桨通常装于船的尾部(但也有一些特殊船只在首尾部都 装有螺旋桨, 如港口工作船及渡船等) ； 单螺旋桨船（single-screw ship）：在船尾部中线处安装； 双螺旋桨船（twin-screw ship）：在中线左右各一桨； 也有3 桨、4 桨乃至5 桨者。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋桨桨毂的形状一般为 圆锥体 , 在侧投影上可以 看到其各处的直径并不相 等。通常所说的桨毂直径 (简称毂径) 是指辐射参考 线与桨毂表面相交处 ( 略 去叶根处的填角料 ) 至轴 线距离的两倍 , 并以 d 来 表示 ( 参阅图 2 -11a )。毂 径d 与螺旋桨直径D 的比 值d/D 称为毂径比。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
最 大 厚 度 线 与 参 考 线 OU 之间的轴向距离t表示该半 径处叶切面的最大厚度。 与桨毂相连处的切面最大 厚度称叶根厚度(除去两边 填角料)。 辐射参考线与最大厚度线 的延长线在轴线上交点的 距离t0与直径D 之比值t0/ D 称为叶厚分数。工艺上往 往将叶梢处的桨叶厚度做 薄呈圆弧状 , 为了求得叶 梢厚度 , 须将桨叶最大厚 度线延长至梢径。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓称为展开轮廓, 如图虚线所示。各桨叶展开轮廓所包含面积之总和称为 展开面积, 以AD 表示。展开面积AD 与盘面积Ao 之比称 为展开面比, 即展开面比= AD/ Ao
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
形切面。
7、 桨叶的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示 。 从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图，从船侧看过去 所看到的为侧视图 。 8、各种面积比有：投射面比=AP/A0、伸张面比=AE/A0、展 开面比=AD/A0。
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作业
1. 螺旋桨由那些部件构成？他们各起什么作用？ 2. 何谓桨叶切面（桨叶剖面）？何谓等螺距及变 螺距螺旋桨？对等螺距螺旋桨。桨叶切面螺距 角沿半径如何变化？ 3. 桨叶切面有哪些常用形状？它们各自的水动力 及空泡性能如何？ 4. 螺旋桨制图中，使用哪些轮廓（或投影）来表 达桨叶外形？桨叶面积有哪几种表达方式？
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切面的几何特征 (a) 机翼形; (b) 弓形 1-面线; 2-背线; 3-导缘; 4-随缘; 5-拱线; 6-导缘端圆
2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
b ---弦长； t ---最大厚度；
δ= t/ b ---切面的相对厚度比 或叶厚比；
拱线（中线）---切面的中线 或平均线；
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
二、螺旋桨的面螺距
面螺距P 与直径D 之比P/ D 称为螺距比; 将圆柱面展成平面后即得螺距三角形, 如图 ( c )。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
节线与底线之间的夹角θ为半径r 处的螺距角:
P tan 2r
（r：圆柱面的半径）
AE bm Z ( R d / 2)
平均宽度比bm：
AE ：螺旋桨伸张面积 d ：毂径 Z ：叶数
bm AE / A0 bm D 2 Z (1 d / D )
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1、螺旋桨各部分名称。 2、设线段 ab 与轴线 oo1成固定角度，并使 ab 以等角速 度绕轴 oo1旋转的同时以等线速度沿 oo1向上移动，则 ab 线 在空间所描绘的曲面即为等螺距螺旋面。线段 ab称为母线 ，母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距，以 P表示。 3、 母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
若螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等, 则称为变螺距螺旋 桨, 其不同半径处螺旋线的展开如下图所示。 对此类螺旋桨常取半径为0.7R 或0.75R(R为螺旋桨梢半径) 处的面螺距代表螺旋桨的螺距, 为注明其计量方法, 在简 写时可写作P0.7R 或P0.75R 。
D A0 4
2
当螺旋桨正车旋转时, 由船后向前看去所见到的旋转方向为顺时 针者称为右旋桨（right-handed propeller）。反之,则为左旋桨； 装于船尾两侧之螺旋桨 , 在正车旋转时其上部向船的中线方向转 动者称为内旋桨（inward turning propeller）。反之, 则为外旋桨。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
将各半径处共轴圆柱面与桨叶相截的各切面展成平面 后 , 以其弦长置于相应半径的水平线上 , 并光顺连接 端点所得之轮廓称为伸张轮廓。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积之总和称为伸张面积, 以AE 表示。伸张面积AE 与盘面积Ao 之比称为伸张面比, 即伸张面比= AE/ Ao
螺旋面的几种形式
2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺旋线。 任一共轴之圆柱面与螺旋面相交的交线也为螺旋线(图 a ) 表示半径为R 的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线 BB1B2；
螺旋线及螺距三角形
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
将圆柱面展成平面 , 则此圆柱面即成一底长为 2πR 高为 P 的矩形, 而螺旋线变为斜线(矩形的对角线) , 此斜线称为节 线。三角形B'B''B2″ 称为螺距三角形, 节线与底线间的夹 角θ称为螺距角。 螺距角可由下式来确定:
变螺距螺旋桨桨叶不同半径处的螺距及螺距角
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
三、桨叶切面
与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为 桨叶的切面, 简称叶切面或叶剖面, 其形状与机翼切 面相仿。
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
三、桨叶切面
桨叶切面的形状：圆背式切面(弓形切面) 、梭形切面 和月牙形切面, 如图所示。一般来说, 机翼形切面的叶 型效率较高, 但空泡性能较差, 弓形切面则相反。普通 之弓形切面展开后叶面为一直线, 叶背为一曲线, 中部 最厚两端颇尖。
d O1
a
b
c
O
螺旋面的形成
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
根据母线的形状及与 轴线间夹角的变化可 以得到不同形式的螺 旋面； 母线为一直线且垂直 于轴线, 则所形成的螺 旋面为正螺旋面如图 (a)。 母线为一直线但不垂 直于轴线, 则形成斜螺 旋面, 如图( b)所示。 当母线为曲线时, 则形 成扭曲的螺旋面, 如图 ( c)及图( d )。 8
为随边（trailing edge） 。
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2.1 螺旋桨的外形及名称
螺旋桨与尾轴连接部分 称为桨毂。桨毂是一个
截头的锥形体。为了减
小水阻力 , 在桨毂后端 加一整流罩 , 与桨毂形
成一光顺流线形体 , 称
为毂帽（hub
cap）。
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2.1 螺旋桨的外形及名称
梢圆（tip circle）：螺旋桨 旋转时(设无前后运动) 叶梢 的圆形轨迹； 螺旋桨直径（ diameter ）： 梢圆的直径D。 螺旋桨盘面积（disc area）： 梢圆的面积A0：
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2.2 螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
桨叶的叶面通常是螺旋面的 一部分 线段ab 与轴线OO1 成固定角 度, 并使ab 以等角速度绕轴 OO1 旋转的同时以等线速度 沿OO1 向上移动, 则ab 线在 空间所描绘的曲面即为等螺 距螺旋面。 线段ab 称为母线, 母线绕行 一周在轴向前进的距离称为 螺距, 以P 表示。