船舶推进 ppt(1)

相应的切向力为:
旋转能量的改变等 于切向力所做的功:
dm
dA0
(VA
1 2
ua
)
dQ dmrut 0 dmrut
dF dQ / r dmut
dFi ut1
1 2
dmut2
1 ut1 2 ut
dr圆环面积吸收的功率ωrdFi完全消耗于水中，使dm的动能增加:
rdFi
dmua (VA
1 2 ua )
1 2
m(VA
ua )2
1 2
mVA2
mua (VA
1 2
ua )
Ti (VA
1 2
ua )
理想推进器的效率为:
iA
TiVA
Ti
(VA
1 2
ua
)
VA
VA
1 2
ua
整理得:
iA
1
2
1T
负荷系数
T
1 2
Ti A0VA2
§3.2 理想螺旋桨理论
单位时间流过盘面上dr段 圆环的流体质量为:
桨盘面前后的动量矩之差即 为桨作用于这些流体的扭矩:
第二章 螺旋桨的几何特征
§2.1 螺旋桨的外形和名称
§2.2 螺旋面及螺旋线
§2.3 螺旋桨的几何特征
螺旋桨的几何参数： 直径 D 叶数 Z 毂径比 dh/D： 螺距比P/D： 盘面比 AE ：投射面积比，伸张面积比，展开面积比 纵倾～纵倾角 侧斜
第三章 螺旋桨基础理论及水动力特性
•动量定理：理想推进器理论，理想螺旋桨理论 •叶元体理论 •升力线理论 •升力面理论 •面元法
§3.1 理想推进器理论
一、理想推进器的概念和力学模型 三个假设： 1、轴向零尺度，水可自由流过，吸收功率推水向后的圆盘； 2、流速及压力在圆盘上均匀分布； 3、水为不可压缩的理想流体。
该理论也可用于喷水推进、明轮等推进装置
单位时间流经盘面的流体质量为:
m A0 (VA ua1)
由动量定理:
滑脱
进程：
hp
VA n
hp
2r
进速系数：进程与直径之比
P
滑脱：螺距与进程之差
滑脱比：滑脱与螺距之比
s P hp 1 hp 1 VA
P
P nP
J VA P (1 s) nD D
无推力进程或实效螺距P1，无转矩进程P2，一般 P2>P1>P
实效滑脱比：滑脱与实效螺距之比
s1
P1 hp P1
Ti A0 (VA ua1 )ua mu a
由伯努力方程: 推力即为盘面前后的压力差:
p0
1 2
VA2
p1
1 2 (VA
ua1)2
p0
1 2
(V A
ua )2
p1
1 2
(V A
ua1 )2
Ti
( p1
p) A0
A0 (VA
1 2 ua )ua
比较上述两式得到:
u a1
1 2
u
a
桨盘面前后的动能之差为推进器消耗的功率:
ut
r
1 tgi 1 tg i
iA iT
1 1
tg i
tg i
结构效率
螺旋桨的推力和转矩为：
R
1
T Z
Rh R
Q Z
Rh
(r)(r (r)(VA
2 ut )(1 tgi )dr
1
2 ua )(1 tgi )rdr
螺旋桨的效率为：
0
TV A
2nQ
四、螺旋桨的水动力性能
1 hp P1
1 VA nP1
无因次水动力系数:
推力系数:
KT
T n 2 D 4
转矩系数:
KQ
Q n 2 D 5
敞水效率:
0
TV A 2nQ
KT KQ
J 2
§3.3 作用在桨叶上的力和力矩
一、速度多角形
dr r
二、作用在机翼上的升力和阻力
如科夫斯基定理： L V
升力、阻力系数：
L CL 1 V 2S
2
CD
1
D V
2S
2
零升力攻角 绝对攻角
三维机翼的横向流动导致下洗速度使
下洗角：
k
k
un 2V
(2o ~ 3o )
合速度
V VR
k k
有效几何攻角
四、本课内容
第一章 绪论 第二章 螺旋桨的几何特征 第三章 螺旋桨基础理论及水动力特性 第四章 螺旋桨模型的敞水试验 第五章 螺旋桨与船体间的相互作用 第六章 螺旋桨的空泡现象 第七章 螺旋桨的强度计算 第八章 螺旋桨图谱设计 第九章 船模自航试验及实船性能预估
§1.2 马力及效率
一、有效推力Te，阻力R
dF
(r)VR
sin
i
(1
tg i
)dr
由速度多角形可见：
VR
cos i
r
1 2
ut
VR
sin i
VA
1 2
ua
所以推力和转矩为： 叶元体的效率为：
dT
(r)(r
1 2
ut
)(1
tg i
)dr
dQ
(r)(VA
1 2
ua
)(1
tg i
)rdr
0r
VAdT dQ
VA
VA
1 2
ua
r
1 2
导管推进器（矢量推进器）
双桨推进器
对转螺旋桨+Z型传动
半潜螺旋桨推进器
摆线推进器
吊舱推进器
电磁超导推进船－“大和”号
三、船舶Baidu Nhomakorabea进的发展
• 远古时代～桨，橹，帆 • 明朝～人力明轮推进船 • 十九世纪上半叶～蒸汽机－明轮推进器 • 十九世纪初开始～螺旋桨推进器研究成为热点 • 十九世纪中叶～螺旋桨得到了广泛的应用
哈尔滨工程大学 船舶工程学院
第一章 绪 论
§1.1 概述
一、研究内容
快速性：船舶在一定的主机功率下，在一定装载 状态下，以一定的航速航行的能力。
•推进器（效率、空泡、强度、振动） •船-桨-机配合问题 •螺旋桨设计
二、推进器的类型
螺旋桨推进器
风帆推进
明轮推进器
对转螺旋桨推进器
槽道推进器
喷水推进器
考虑诱导速度后，将叶元体看作二维机翼的一段，其升力为：
dL VRdy
三、螺旋桨的作用力
叶元体的推力及切向力为：
dT dLa dDa dL cosi dDsin i dF dLt dDt dLsin i dD cosi
代入dD=εdL：
dT
(r)VR
c os i
(1
tgi
)dr
自航船舶 拖船
Te=R Te=R+F
有效功率（有效马力）：
PE
Tev 75
Rv 75
(hp)
二、主机马力和传送效率
主机马力 Ps
收到马力 PD：在主轴推进器联接处量得的马力 传送效率 s
s PD PS
三、推进效率和推进系数
推进效率D（似是推进系数QPC）
推进系数P.C.
D PE PD
P.C. PE PS DS
1 2
dmut2
所以有:
ua
r ut
2
ut
VA
ua 2
dr圆环面积所作的有用功为 dTiVA，这样其 理想效率为:
从而有:
i
dTiV A dFir
dmu aVA dmu t r
uaVA utr
i
VA
VA
ua 2
r ut 2
r
iAiT
轴向诱导效率
r ut
iT
2
r
周向诱导效率
思考题：试述理想推进器效率和理想螺旋桨效率的区别。