马格努斯效应在船舶上的应用

马格努斯 效应发 电机 有 两种基本类 型:水轴式 和垂 直轴式。水平 轴式是 弗莱 特 纳 在2 0 年代 中期发 明 的,并且取 得 了一定 的成功。 图是伯 格 ( Bo r g ) 提 出 的一种 水下 垂直轴式发电机,这种 装置可 以 利用潮 水或水流 发电。
马 格努斯效应 的 发现 虽然 已有100 多 年,但真 正深入 地开 展 其应 用研 究只是近 十 几 年 的事。由于 马格努 斯效 应有其独特 的 优点,积 极开 展对 其应用 的研究和 试验必 将有 助于 推 动船舶工业 的发展。
马格努斯螺 旋桨1 9 1 2年 己 有专利。图 表 示 了马 格努斯螺 旋桨与导 流管结 合 的 一 种 装置。它用 旋转 的 圆 柱体来 代替常规 的 螺旋桨 叶片,利用导 流管 内的齿条 和主 机 传 动 轴驱 动圆柱体。实验表 明:这种螺 旋桨与常 规螺旋桨 相示 了马 格努斯螺 旋 桨与导 流管结 合 的 一 种 装置。它用 旋转 的 圆 柱体来 代替常规 的 螺旋桨 叶片,利用 导 流管 内的齿条 和主机 传 动 轴驱 动圆柱 体。实验表 明:这种螺 旋桨与常 规螺旋桨 相比 不 仅可 以 降 低造价,而且可 以 提高 效 率。目前 的 计算表 明这种 马 格努斯螺 旋桨要 比 常规 螺旋桨产生 的推 力大一倍。 如果 这种计算 在实船上证 明 是正确 的,那 么主 机功 率可 减 小一 半,节能 效益十分显 著。
制作者：
马格努斯效应的定义：当一个旋转物体的旋转角速度 与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量 和平动速度矢量组成的平面相互垂直的方向上将产生 一个横向力，在这个横向力作用下物体飞行轨迹发生 偏转的现象称作马格努斯效应。
早在本世纪20年代，就有人开始考虑将马格努斯效应 应用在船舶上，但是进展不大，70年代石油危机以后， 人们又重新对其在船舶上的应用产生了兴趣，主要有 以下几个方面：
结构上:
转 柱舵 的外形 为圆 柱休,水流对 其 作用力 的 方 向通过 圆 柱的 轴线,受 力情况 比 普通舵要 好。同时 其强度 和 刚 度方面都 优于普 通舵,制造和 维修也 较方 便。
控 制上:
转柱舵 的 转向和 转速 可 以 由变速 电机或 液压 马达来控 制和 驱动,这样不 仅
提高 了 操舵 装 置的 可靠 性,而且也不存 在一 般操舵 装置 的舵 角 校正 问题和 跑 舵、锁 舵 等常见问题。另外,转 柱舵原 动机仅 需克服 轴承 的摩擦 力和 圆 柱 体表 面与液体 间 的 粘性摩 擦力,共功 率要 小于 普通舵 的 舵机 功 率。
风筒推 进装置 除了 能节省能源外还 具有单位推力 投 资低,结构简单,易 于 操作和 控制 等优点,引起 了 世界 各国 的重视。法 国、德 国、苏联、瑞 典和 美国在这 方面 已 取得 了 很大 的进展。
通 常的减摇装 置是通 过 两 侧的 减摇鳍 片起作 用 的。
wk.baidu.com
减摇鳍 片 的横 截面一般是 机翼形,当水 流流 过鳍片 时 对 鳍片 产生一个 升力,两 侧 的升 力共 同对船 产生一 个 恢复力矩,克服 由于风浪对船 产生的倾 斜力矩,达到减 摇 目 的。 马格努斯减 摇装 置用旋 转的圆 柱体 代替通常 的鳍 片。 当圆柱体旋 转时,由于马格 努斯 效应 易产生 恢 复力 矩, 如 图 所示。马格 努斯 减摇 装 置的 优点是 制造 简单,效 率 高,对船 舶产生的 阻力小 和 容易 收放。比 不 仅可 以 降 低造价,而且可 以 提高效 率。目前 的 计算表 明这种 马 格努斯螺 旋桨要 比 常规 螺旋 桨产生 的推 力大一倍。 如果 这种计算 在实船上证 明 是正确 的，那 么主 机功 率可 减 小一 半,节能 效益十分显 著。
1. 2. 3. 4. 5.
转柱舵 风筒推进装置 减摇装置 马格努斯螺旋桨 发电机
转柱舵是根据马格努斯效应而 设计的一种新型舵。它由一个 具有圆形端板的圆筒取代普通 舵的舵叶,如图所示。船舶在航 行中 ,当圆筒在原动机的带动下旋转 时,圆筒将受到马格努斯效应力 的作用,船舶在这个力的作用下 转向。圆筒倒转时,力的作用方 向相反
性能上：
转柱舵比普通舵具有更好的流体动力特性。现有资料表明,当圆筒的圆周 速度为来流速度的4倍时,其升力与阻力之比约为9:1;而对普通舵来说,在满舵时,其 升力与阻力之比不到2,1。因此,转柱舱不会象普通舵那样在大舫角下增加船舶力。 由于转柱舵的转船力矩与水流的一次方成正比,而普通舵的转船力矩与水流的二 次方成正比,因此转柱舵与普通舵相比,在低速下更有效。普通舵倒肮时操纵性都 会变坏。而转柱舵倒航时,其流体的动力特性变化不大,因而其操纵 性仍然 十分有 效。
马格 努斯效 应首先 在推 进装置方 面得 到 了实际 应用。1 9 2 4 年,一 名叫弗莱 特纳 ( Antonl Fette r) 的 德 国企业 家将两 个 直 径 为3米,高1 3 米的 圆 柱体装在 4 6 0 吨的“巴考”( Bueka u)号 上,取 代原 船上 的帆,以 4.4千 瓦 的发动机带动圆柱体 旋 转,借助风 在旋 转的 圆筒上产生 的推 力,成功 地从 汉堡 横渡大西 洋 到达 纽 约。 图 所 示是 2 0 年 代 另一艘 名叫“巴 拉 巴 拉”Barba ra ) 号 的船, 上 面装 有三个 圆 筒。