螺旋桨

按螺旋桨效率高选取的 n-H/D组合和按油耗 率低选取的n-H/D组 合并不重合，但调距 桨可以选择兼顾两个 最佳一组配合，使经 济性最好。如图，不 同的航速下，有不同 的最佳n-H/D配合 点，将这些点连接起 来就得到最佳经济性 曲线。
3）船舶的机动性得到提高。 调距桨船的操纵特点：船速可通过主机转速和桨的螺距两 个参数来调节；船舶的进推可通过使螺距角的正、负变 化来完成。因此提高船舶的机动性： （1）换向可通过改变螺距来实现可缩短换向时间；（2） 反向推力比定距桨大；（3）可实现无级调速。 4）有利于驱动辅助机械 由于主机可以恒速运转，因此对于轴带发电机和辅助机械 的工程船舶（挖泥船、消防船等）特别有利。 5）延长发动机的使用寿命。 因可使主机保持恒速运行和不必换向，减少磨损和简化结 构。 6）便于实现遥控。
Hale Waihona Puke Baidu
二．螺旋浆的工作原理
如把叶素视为不动，根据运动 转换原理，则各种速度的方 向如图所示。水流速度w与 弦线间的夹角称为冲角。由 于叶素断面的形状与机翼断 面相似，因此可以利用机翼 在空气中运动时产生的升力 来说明螺旋桨的受力情况。 根据机翼工作的原理，在叶 素上将产生升力dy和阻力dx。 升力dy垂直于w，阻力dx则 沿着w的方向。把升力dy和 阻力dx各自分解成轴向和回 转方向的分力，于是，在叶 素上产生的推力dT，在回转 方向产生阻力dQ。
此阻力作用在距轴心半径 r的叶素上，它对螺旋 桨产生一个阻力矩 dM=rdQ。螺旋桨桨叶 是由无数叶素合成的， 各桨叶所有叶素上产生 的推力dT的总和即为螺 旋桨的推力T。各桨叶 所有叶素上产生的阻力 矩dM的总和即为螺旋 桨的阻力矩M。因此， 为了使螺旋桨产生推 力，必须由主机发出功 率克服螺旋桨的阻力矩。
4．影响螺旋浆特性的 因素
若直径D和螺距H/D过大，则螺旋桨会过重，主机带不 动，它在高转速下运转时，就会造成超负荷。若D 或H/D选得过小，则螺旋桨会过轻，主机就不能充 分发挥它的做功能力。 2）船舶航行工况
船舶航行工况的变化，既包括航行的自然条件变化，如风浪大 小、水深的变化，也包括各种机动操纵时的过渡过程，如船 舶的加速、减速、倒航等。当船体污底、载重量增加、顶风、 浪大和转弯等时，λp减小，表明船体阻力增加，此时航速 变慢，K1、K2都增加，推力和阻力矩也都增大，应注意防 止主机超负荷；当船舶空载、轻载或顺风时，λp增大，表 明船体阻力减小，此时航速变快，K1、K2都减小，推力和 阻力矩也都减小，应注意减小油门防止主机超速。
第五节．可调螺距螺 旋桨
调距浆定义：根据航行外 界条件变化时，通过调 节螺旋浆的螺距H，即 使浆叶螺旋面与浆毂做 相对转动，从而维持螺 旋浆特性不变。 2）工作特性：由一系列 不同螺距相同直径的定 距浆特性组合而成。 （1）推力系数与进程比 的关系
（2）扭矩系数与进程 比的关系 从图中可见，当航行阻 力不变时，螺距越 大，则相同转速下的 推力和转矩越大。因 此当船舶航行阻力发 生变化时，可通过改 变螺距比来控制螺旋 桨转速和转矩及推力 的关系，从而满足船 舶阻力变化的需要。
调距桨的功率与转速的关系
在外界航行工况不变的 条件下，即进程比不 变下，随H/D的增 加，螺旋桨特性变 陡，从图中可以看 出，在相同转速下， H/D越大，螺旋桨所 需的功率越大。
1）对船舶航行条件的适应性强。 如图，任意一条等转矩线（0.26） 和一系列等螺距线相交。无论 船舶阻力因素（进程比）如何 变化，只要适当选用螺距比即 可使转矩系数不变。因此调距 桨具有可使转矩系数保持不变 的性能，不论外界工况如何变 化，即可使主机保持原转速。 但虽然主机的功率和转速可以不 变，可螺旋桨的效率将发生变 化。 同时随船舶阻力的增加，船舶的 航速要下降。
当螺旋浆在水中运动时，水被 它推向后移，由于螺旋桨和 水之间存在轴向方向的相对 滑动，因此螺旋浆前进的距 离比螺距要小，这种现象称 为滑失现象。螺旋浆旋转一 周在轴向前进的距离称为进 程hp，进程与浆直径的比值 称为进程比λp=hp/D。螺距 H与进程的差值（H-hp）称 为滑失。H-hp/H称为滑失比 （率），即：
2、滑失与滑失率
• S=（H – hp）/H • = （H·n –Vp）/H·n
1）螺旋桨的推力 ： T=K1ρn²D**4 （N） =C1 n² 2）螺旋浆的阻力矩： M=K2ρn²D**5 （N·m） =C2 n² 3）螺旋浆的效率： ηp=K1λp/2πK2 =C0 4）螺旋浆的功率： Pp=2πnM =C·n³
（4）无推力情况： 当螺旋桨进程hp稍大于 螺距H而出现负的滑失 时，水流的合成速度 W就以某一负的冲角 流向叶素，此时升力 dy很小，而阻力dx仍 有一定值，结果dy和 dx在轴向的分力大小 相等方向相反，互相 抵消，因此推力为零。 但此时螺旋桨的阻力 dQ仍有一定值。
（5）无阻力矩情况：若 进程进一步增大，致使 升力和阻力在周向的分 力大小相等方向相反 时，螺旋桨的阻力dQ 为零。但此时的推力已 为负值，阻止船舶前进。
2、几何参数： （1）螺距H：系指压力面的螺距，径向变螺距螺旋桨 的螺距，通常自叶根向叶梢逐渐增加，一般以0.7R 或2R/3处的螺距代表螺旋桨的螺距，此值约等于螺 旋桨的平均螺距。
（2）螺距比H/D：是螺旋浆主要的结构参数之一，其大小直接 影响螺旋浆的性能。 （3）盘面比A/Ad ：所有浆叶展开面积总和与盘面积之比，是 螺旋浆的另一个重要的结构参数。盘面比大，说明浆叶肥 大，推水的总面积大。
如图，若把螺旋线所在圆筒面 沿垂直方向剪开展平，螺旋 线为一直线，从而得到一直 角三角形，称为螺距三角形。 螺旋线与圆筒面底边所构成 的倾角称为螺距角，用γ表 示。 若母线上各点以等转速旋转但 各点下降的速度不同，这样 形成的螺旋面称为径向变螺 距螺旋面。大型船舶螺旋桨 的压力面大多由径向变螺距 螺旋面构成，其吸力面通常 则是一个复杂的螺旋面。
二．调距浆的优点：
2）在非设计工况下经济 性好。 （1）非设计工况下调距 桨的效率高。 由于调距桨的毂径比定距 桨大，在设计工况下效 率稍小。然而在非设计 工况下，随螺距的改 变，调距桨有不同的效 率曲线，若让螺旋桨工 作在这些效率曲线的最 高效率点的包络线上， 则调距桨的效率就比定 距桨高得多。
（2）非设计工况下调距 桨的油耗率低。 如图为调距桨的航行曲 线，调距桨可以在主机 额定转矩线1、最大转速 线2和最低稳定转速线3 之间内的任何一点上工 作。在不同的航速下， 都有许多n和H/D的配合。
因此，当主机在部分负荷 下工作时，可以按主机 油耗率最小的n与H/D配 合点工作。如图，1为等 油耗率曲线，2为定距桨 的推进特性线，3为最低 油耗率线，4为主机全负 荷速度特性。 因此，在非设计工况下调 距桨的经济性好。
（2）λp减小情况：相 当于主机转速不变， 由于船体污底、载重 量增加、顶风、浪大 和船舶转弯等原因， 船体阻力增加，船速 变慢。随着λp的减 小，K1、K2都增加， 而转速不变，推力和 阻力矩也都增加。在 这种情况下，必须防 止主机超负荷。
（3）λp增加情况：相 当于船舶空载、轻载 或顺风航行，船体阻 力减小，主机仍保持 原来的转速，船速会 增大。随着λp的增 加，K1、K2都相应减 小，因此推力和阻力 矩都会减小。此时， 轮机人员应减小油门 格数，维持主机的转 速，使之不超过额定 值。
（1）无进程情况：相当 于系泊工况， Vp=0， λp=0 ， 水 流 将 从 垂 直 于轴线方向流入，螺旋 桨只有旋转运动而无轴 向移动。此时K1、K2都 最大，升力和推力重 合，推力和阻力矩都达 到最大值。在此情况 下，管理人员应注意控 制柴油机油门和转速， 以免主机超负荷。
不同航行工况下推力与阻 力矩的变化
三．螺旋浆的工作特 性
对于几何形状一定的螺 旋桨，推力系数K1和 扭矩系数K2都取决于 进程比，其随进程比 的变化规律如图。 Λp=hp/D=vp/nD 对于一定的螺旋桨，进 程比取决于船舶的航 行工况。
螺旋桨的工作曲线
1）螺旋浆结构参数 桨的结构参数主要有直径D、 螺距比H/D。直径D对螺旋 桨产生的推力和吸收的扭矩 影响很大，分别为四次方和 五次方的关系，所需要的功 率也是五次方的关系。对于 同一直径的螺旋桨，其螺距 越大即H/D越大，所需的功 率也越大，因此螺旋浆的特 性曲线越陡。对于一定功率 的主机，必须选配合适的螺 旋桨。
（6）水涡轮情况：若 进程继续增加，螺旋 桨会产生负的推力和 负的转矩，此时螺旋 桨的作用就变成了一 只水涡轮，即螺旋桨 吸收水流冲击的能量 而发出转矩带动主机 回转。
一．调距浆的工作特性 1)调距浆的产生： Pp=C·n³ 在不同的航行工况下，随航行 阻力的增加，螺旋桨的进程 比λp将减小。如图，随阻 力系数的增加，螺旋桨的推 进特性变陡。在前面分析已 知，在外界航行条件不变 下，随H/D的增大，螺旋桨 的特性也变陡。因此，当外 界航行工况变化时，若要维 持原转速，可以通过改变螺 距比来实现。如阻力增加， 则可以通过减小螺距，从而 使螺旋桨回到原特性下工作。
3、调距浆的缺点： （1）调距浆和轴系构造复杂，造价高； （2）因浆毂中有转叶机构，使可靠性降低，同时 维护保养困难，一旦损坏必须进坞。 （3）设计工况下推进效率比定距浆低1-3%。 （4）叶根厚度增大，使桨叶根部容易产生空泡腐 蚀。（定距桨则在0.9R至叶梢易于产生空泡腐蚀）
1）动作原理：
1-伺服油缸；2-动力活塞； 3-配油轴套；4-控制阀； 5-反馈装置；6-操纵杆。 当驾驶台发出调距指令 时，C点不动，B点随A 点动，使伺服油缸一面 进油，另一面回油，推 动活塞移动；随活塞运 动，A点不动，B点随C 点动，当动力活塞移动 到要求位置时，控制阀 刚好复位。 图中调距机构为动态稳 距，若油路中采用单向 止回阀则为静态稳距。
三．调距浆的动作原 理和组成
（1）带转叶机构的调距 浆：包括可转动的浆叶、 浆毂和浆毂内部装设的 转动浆叶的转叶机构。 （一）曲柄连杆式转叶机 构 （二）曲柄滑块式转叶机 构 （三）曲柄销槽式转叶机 构
2）调距桨的组成
（2）传动轴：由浆轴和配 油轴组成，两者用套筒联 轴器连接，传动轴中空， 装调距杆或当伺服油缸位 于浆毂时作为进排油通道。 （3）调距机构：包括产生 转动桨叶动力的伺服油缸、 伺服活塞、分配压力油的 配油轴套、浆叶定位和浆 叶位置的反馈装置及其附 属设备。其作用是调距、 稳距以及对螺距进行反馈 和指示。
1、工作原理：若取一与桨毂 共轴的圆筒形刀切割桨叶， 将切得的断面展开后所得的 面称为叶素断面。半径为r 和r+Δr的两个叶素断面间的 这部分桨叶称为叶素（或叶 原体）。整个桨叶的作用可 以看成是无数叶素作用的总 和。螺旋桨在水中同时参与 两种运动，即绕桨毂轴线的 回转运动和沿桨毂轴线的轴 向运动。设螺旋桨的转速为 n，则在半径r处的叶素一方 面以2πr•n绕轴心回转，一 方面又以进速Vp前进，它相 对于水的速度w即为这种速 度的合成。
第四节 螺旋浆 一．螺旋浆的结构和几何参数 1、结构：螺旋桨是一种反作用式推进器。 当螺旋桨转动时，桨推水向后（或向 前），并受到水的反作用力而产生向前 （或向后）的推力，使船舶前进（或后 退）。螺旋桨由桨叶和桨毂构成。桨叶通 常为3—5片，最多为6片，各片之间按等距 布置。
桨叶靠近桨毂的部分称叶 根，最外端称叶梢；从船 尾向船首看，看到的叶面 为压力面（推力面），桨 叶的另一面为吸力面（吸 水面）。按正车方向旋转 时，桨叶先入水的一边为 导边，后入水的一边为随 边。螺旋桨旋转时叶梢顶 尖画出的圆称叶梢圆，其 直径为螺旋桨直径，用D表 示。从船尾向船首看，螺 旋桨在正车时沿顺时针方 向旋转者称右旋桨，沿逆 时针方向旋转者称左旋桨。
压力面是一个螺旋面，有等螺 距螺旋面和变螺距螺旋面两 种。如图，与轴线相交的线 段以等角速度绕轴线旋转， 同时以等线速度沿轴线向下 （或向上）移动，其在空间 划过的轨迹所形成的曲面即 为螺旋面。线段上任意一点 运动的轨迹为一螺旋线。母 线上的任一点旋转一周在轴 线方向上移动的距离称为该 螺旋桨的螺距，以H表示。 若组成螺旋桨的各螺旋线螺 距相等，这个螺距即为螺旋 面的螺距，而该螺旋面称为 等螺距螺旋面。