空泡现象
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核，虽然没有任何水汽或气体逸入，但当外界压力降 低时，它本身也会膨胀到肉眼可见的程度。
§ 7-2 叶切面空泡现象及对水动力 性能的影响
在研究空泡问题时，常按空泡对翼型水 动力性能影响的不同而分为两个阶段，即 空泡现象的第一阶段和第二阶段。
空泡现象的第一阶段
ξ
2.0
C ξmax
1.0
D
σ
0
-1.0
1 2
ρ
V2 0
V0
故在绕流条件下减压 系数ξ随切面形状、入
ξ: 减压系数
射角αK及B点的位置而 变，与来流速度V0的 大小无关。
ξ p0 pb (Vb )2 1
1 2
ρ
V2 0
V0
若切面上某处（B点）之ξ <
0，则表示该处压力增高(即大
于p0)，若ξ > 0，则为压力降 低。通常认为，当B点的压力
D
CB A
球状空泡；局部空泡
第一阶段源自文库泡 现象的特征是：
空泡区域是局 部的，对叶切面 的水动力性能不 发生明显影响， 但可能在叶表面 产生剥蚀。
空泡现象的第二阶段
ξ
2.0 1.0
ξ=σ
0 1.0
片状空泡（全空泡）
第二阶段空泡现
象的特征是：
CL
10CD 空泡区域已拖到CL-σ,α=常
随边之外，通常对CD叶-σ,α=常
ξ p0 pb (Vb )2 1
1 2
ρV02
V0
来流速度V0的比值(Vb／V0)有关。 故在绕流条件下减压系数ξ随切面
形状、入射角αK及B点的位置而变，
与来流速度V0的大小无关。
不同切面的最大减压系数ξ
+2.0
+1.0
Δp
12ρV
2 0
0
-1.0
αK 11°
+2.0
Δp
12ρV
2 0
+1.0 0
本章内容
1、桨叶表面产生空泡的原因 2、叶切面空泡现象及对水动力性能的影响 3、螺旋桨空泡现象及对水动力性能的影响 4、空泡性能校验
概述
螺旋桨的空泡现象，从19世纪末就引起了造船 界的注意。
1894年，“勇敢”号 小型驱逐舰：转速比额定
盘
最后修改
面
方案？
比
低1.54%；主机总功率比
增 加
-1.0
Δp
12ρV
2 0
+1.0 0
-1.0
αK -2.5°
αK 3.5°
不同切面的最大减压系数ξ
吸力 静水压力
压力
叶背 导边
叶面
吸力 静水压力
压力
叶背 导边
叶面
V0 (2 rn)2 VA2
不发生空泡的极限条件：
ξmax=σ
max
p0 pv
1 2
ρVk2
Vk : 不发生空泡的极限速度
Vk
表面无剥蚀作用；但
影响叶0.5切面的1.0水动力1.5 性能。
水动力特性与空泡数的关系
CL 10CD
CL-σ,α=常数 CD-σ,α=常数
空泡初生 空泡初生
0.5
1.0
1.5
2.0 σ
对任一切面来说，空泡出现的部位取
决于空泡数σ 和攻角α 的大小。
a
b
c
叶切面的空泡斗
α(°)
10
背片空泡 泡状空泡
8
6 面片空泡
4
C (σC背α空m泡ax)界限
2
泡
0
Δα
状
空
A(σD αD) 无空泡区
-2
泡
界
-4 -6
限
B(σ B
α面m空in)泡界限
0.5 σc r
1.0
1.5
ξmax ,σ
§7-3 空泡现象及对水动力性能的影响
一、螺旋桨的空泡现象 1．涡空泡 2．泡状空泡 3．片状空泡 4．云雾状空泡
p0 pv
1 2
max
近年来对空泡机理的研究表明
所谓气化空泡是指原溶解于水中的气体，由于降压
或过饱和，以扩散的方式通过界面逸到存在于水里的 气核中并成长到肉眼能见的程度；
所谓汽化空泡是指液体分子因降压到所谓饱和蒸汽
压力导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并 使之膨胀；
所谓似是空泡是指原来以各种方式存在于水中的气
降至该水温下的汽化压力(或称
饱和蒸汽压力) pv时，B点处即
开始出现空泡。
故B点产生
空泡的条件：
pb ≤ pv
p0 pb
1 2
ρ
V02
令
p0 pv
1 2
ρV02
空泡数
若切面上B点处的减压系数ξ≥σ，则 pb≤pv，B处即产生空泡。反之，当B点处的ξ ＜σ，则pb＞pv，即不产生空泡。
因此，B点产生空泡的条件也可写成：
ξ≥ σ
综上所述，根据桨叶上某处的减 压系数ξ与空泡数σ的比较，可以判断 该处是否发生空泡，其判断的准则是：
当ξ≥σ，有空泡
当ξ＜σ，无空泡
p0 pv
1 2
ρ
V02
空 泡数σ与来流速度V0、水
的 汽 化 压 力 pv 及 静 压 力 p0 有 关 ，
而与桨叶切面的几何特征无关。
减压系数ξ只与该处流速Vb对
二、空泡对 螺旋桨性能 的影响
K T 10K Q η0
0.7 η0
0.6
0.5
0.4 KQ
0.3 8 7σ 6 5 4 3 2 1
0.2
765 4
3
8
0.1
0 0.2
第二阶 段空泡
0.4
第一阶段空泡
0.6 0.8
2
1
KT
1.0 1.2σ1.4
第一阶段空泡 对螺旋桨的水动力性
能不发生影响，但使叶表面产生剥蚀；
额定低7.5%；航速只有24
45
节（设计27节）
原因：空泡
%
船舶发展存在着二种趋势
高转速和大功率：军用船舶(如高速艇等)主机，并将 高速主机与螺旋桨直接相连。这类船的螺旋桨上空 泡往往在所难免，因而促进了所谓空泡螺旋桨或全 空泡螺旋桨的研究和发展。 船舶大型化和高功率：由于螺旋桨负荷不断增加，尾 部流场的不均匀性使螺旋桨上产生时生时灭的空泡， 导致桨叶剥蚀损伤，而且往往伴有强烈的尾部振动。
§ 7-1 桨叶表面产生空泡的原因
螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降 低形成吸力面，若某处的压力降至临界值以 下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面， 进入气核并使之膨胀，形成气泡，称为空泡。 一般认为，压力的临界值即为该温度时水的
汽化压力 pv (或称饱和蒸汽压力)。
自由水面
hs
B αK
A点: p0 V0
第二阶段空泡 对桨叶表面无剥蚀作
用，但影响螺旋桨的水动力性能。
三、延缓螺旋桨空泡发生的措施
发生空泡的条件为：ξ ≥ σ ξ与σ是由两组互不相关的参数所决定，
因此，为了避免或减缓空泡的发生，我们 应尽量设法减小减压系数ξ或提高空泡数σ。 一般常采取下列措施以避免或减轻螺旋 桨的空泡。
V0 A
B点: pb Vb
A点 p0 V0
B点 pb Vb
用伯努利方程确定A、B两点处压力及速度之间 的关系，即
p0
1 2
ρV02
pb
1 2
ρVb2
p0
pb
1 2
ρ(Vb2
V02 )
p0
pb
1 2
ρ(Vb2
V02 )
减压系数ξ只与该处
流速Vb对来流速度V0
ξ p0 pb (Vb )2 1 的比值(Vb／V0)有关。
§ 7-2 叶切面空泡现象及对水动力 性能的影响
在研究空泡问题时，常按空泡对翼型水 动力性能影响的不同而分为两个阶段，即 空泡现象的第一阶段和第二阶段。
空泡现象的第一阶段
ξ
2.0
C ξmax
1.0
D
σ
0
-1.0
1 2
ρ
V2 0
V0
故在绕流条件下减压 系数ξ随切面形状、入
ξ: 减压系数
射角αK及B点的位置而 变，与来流速度V0的 大小无关。
ξ p0 pb (Vb )2 1
1 2
ρ
V2 0
V0
若切面上某处（B点）之ξ <
0，则表示该处压力增高(即大
于p0)，若ξ > 0，则为压力降 低。通常认为，当B点的压力
D
CB A
球状空泡；局部空泡
第一阶段源自文库泡 现象的特征是：
空泡区域是局 部的，对叶切面 的水动力性能不 发生明显影响， 但可能在叶表面 产生剥蚀。
空泡现象的第二阶段
ξ
2.0 1.0
ξ=σ
0 1.0
片状空泡（全空泡）
第二阶段空泡现
象的特征是：
CL
10CD 空泡区域已拖到CL-σ,α=常
随边之外，通常对CD叶-σ,α=常
ξ p0 pb (Vb )2 1
1 2
ρV02
V0
来流速度V0的比值(Vb／V0)有关。 故在绕流条件下减压系数ξ随切面
形状、入射角αK及B点的位置而变，
与来流速度V0的大小无关。
不同切面的最大减压系数ξ
+2.0
+1.0
Δp
12ρV
2 0
0
-1.0
αK 11°
+2.0
Δp
12ρV
2 0
+1.0 0
本章内容
1、桨叶表面产生空泡的原因 2、叶切面空泡现象及对水动力性能的影响 3、螺旋桨空泡现象及对水动力性能的影响 4、空泡性能校验
概述
螺旋桨的空泡现象，从19世纪末就引起了造船 界的注意。
1894年，“勇敢”号 小型驱逐舰：转速比额定
盘
最后修改
面
方案？
比
低1.54%；主机总功率比
增 加
-1.0
Δp
12ρV
2 0
+1.0 0
-1.0
αK -2.5°
αK 3.5°
不同切面的最大减压系数ξ
吸力 静水压力
压力
叶背 导边
叶面
吸力 静水压力
压力
叶背 导边
叶面
V0 (2 rn)2 VA2
不发生空泡的极限条件：
ξmax=σ
max
p0 pv
1 2
ρVk2
Vk : 不发生空泡的极限速度
Vk
表面无剥蚀作用；但
影响叶0.5切面的1.0水动力1.5 性能。
水动力特性与空泡数的关系
CL 10CD
CL-σ,α=常数 CD-σ,α=常数
空泡初生 空泡初生
0.5
1.0
1.5
2.0 σ
对任一切面来说，空泡出现的部位取
决于空泡数σ 和攻角α 的大小。
a
b
c
叶切面的空泡斗
α(°)
10
背片空泡 泡状空泡
8
6 面片空泡
4
C (σC背α空m泡ax)界限
2
泡
0
Δα
状
空
A(σD αD) 无空泡区
-2
泡
界
-4 -6
限
B(σ B
α面m空in)泡界限
0.5 σc r
1.0
1.5
ξmax ,σ
§7-3 空泡现象及对水动力性能的影响
一、螺旋桨的空泡现象 1．涡空泡 2．泡状空泡 3．片状空泡 4．云雾状空泡
p0 pv
1 2
max
近年来对空泡机理的研究表明
所谓气化空泡是指原溶解于水中的气体，由于降压
或过饱和，以扩散的方式通过界面逸到存在于水里的 气核中并成长到肉眼能见的程度；
所谓汽化空泡是指液体分子因降压到所谓饱和蒸汽
压力导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并 使之膨胀；
所谓似是空泡是指原来以各种方式存在于水中的气
降至该水温下的汽化压力(或称
饱和蒸汽压力) pv时，B点处即
开始出现空泡。
故B点产生
空泡的条件：
pb ≤ pv
p0 pb
1 2
ρ
V02
令
p0 pv
1 2
ρV02
空泡数
若切面上B点处的减压系数ξ≥σ，则 pb≤pv，B处即产生空泡。反之，当B点处的ξ ＜σ，则pb＞pv，即不产生空泡。
因此，B点产生空泡的条件也可写成：
ξ≥ σ
综上所述，根据桨叶上某处的减 压系数ξ与空泡数σ的比较，可以判断 该处是否发生空泡，其判断的准则是：
当ξ≥σ，有空泡
当ξ＜σ，无空泡
p0 pv
1 2
ρ
V02
空 泡数σ与来流速度V0、水
的 汽 化 压 力 pv 及 静 压 力 p0 有 关 ，
而与桨叶切面的几何特征无关。
减压系数ξ只与该处流速Vb对
二、空泡对 螺旋桨性能 的影响
K T 10K Q η0
0.7 η0
0.6
0.5
0.4 KQ
0.3 8 7σ 6 5 4 3 2 1
0.2
765 4
3
8
0.1
0 0.2
第二阶 段空泡
0.4
第一阶段空泡
0.6 0.8
2
1
KT
1.0 1.2σ1.4
第一阶段空泡 对螺旋桨的水动力性
能不发生影响，但使叶表面产生剥蚀；
额定低7.5%；航速只有24
45
节（设计27节）
原因：空泡
%
船舶发展存在着二种趋势
高转速和大功率：军用船舶(如高速艇等)主机，并将 高速主机与螺旋桨直接相连。这类船的螺旋桨上空 泡往往在所难免，因而促进了所谓空泡螺旋桨或全 空泡螺旋桨的研究和发展。 船舶大型化和高功率：由于螺旋桨负荷不断增加，尾 部流场的不均匀性使螺旋桨上产生时生时灭的空泡， 导致桨叶剥蚀损伤，而且往往伴有强烈的尾部振动。
§ 7-1 桨叶表面产生空泡的原因
螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降 低形成吸力面，若某处的压力降至临界值以 下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面， 进入气核并使之膨胀，形成气泡，称为空泡。 一般认为，压力的临界值即为该温度时水的
汽化压力 pv (或称饱和蒸汽压力)。
自由水面
hs
B αK
A点: p0 V0
第二阶段空泡 对桨叶表面无剥蚀作
用，但影响螺旋桨的水动力性能。
三、延缓螺旋桨空泡发生的措施
发生空泡的条件为：ξ ≥ σ ξ与σ是由两组互不相关的参数所决定，
因此，为了避免或减缓空泡的发生，我们 应尽量设法减小减压系数ξ或提高空泡数σ。 一般常采取下列措施以避免或减轻螺旋 桨的空泡。
V0 A
B点: pb Vb
A点 p0 V0
B点 pb Vb
用伯努利方程确定A、B两点处压力及速度之间 的关系，即
p0
1 2
ρV02
pb
1 2
ρVb2
p0
pb
1 2
ρ(Vb2
V02 )
p0
pb
1 2
ρ(Vb2
V02 )
减压系数ξ只与该处
流速Vb对来流速度V0
ξ p0 pb (Vb )2 1 的比值(Vb／V0)有关。