船舶推进_螺旋桨与船体相互作用

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产生伴流的原因:(2) 水之粘性作用 由于水具有粘性,故当船在运动时沿船体表面形成界 层,界层内水的质点具有向前的速度,形成正伴流, 通常称为摩擦伴流; 摩擦伴流是常为总伴流的主要部分;
摩擦伴流的大小与船型、表面粗糙度、雷诺数及螺旋桨的 位置等有关。
摩擦伴流带
摩擦伴流(frictional wake current)
tp p
狄克曼以理论计算方法: 2 tp p T 1 1 1 ρA0V 2 (1 f ) 2 2
形势推力减额占总推力减额中的主要成分:
t ≈ tp
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第5章 螺旋桨与船体相互作用
本章主要内容
5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响 5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
5.3 推进系数及推进效率的各种成分
根据船后螺旋桨试验或自航试验结果与螺旋桨敞水试验结果 比较分析可得实效伴流。
上述两种测量结果是不同的。其差别在于是否考虑了螺旋桨 工作的影响。 由于螺旋桨在船后工作,以实效伴流分数来计算螺旋桨进速 比较合理,故通常说的伴流分数均指实效伴流分数。
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
1.测量标称伴流的方法 测量船模 ( 或实船 ) 标称伴流场最常用的仪器是毕 托粑。
①在船后工作的螺旋桨因受到船体的影响,故进入桨 盘处的水流速度及其分布情况与敞水者不同;②而船 体周围的水流速度分布及压力分布受螺旋桨的影响也 与孤立的船体不同。
船后螺旋桨与水流的相对速度不等于船速,螺旋桨发 出的推力也不等于孤立船体所遭受的阻力。
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第5章 螺旋桨与船体相互作用
采用近似方法来解决:分别研究船体和螺旋桨的单 独性能,然后再近似地考虑两者之间的相互影响。 实质:把船体和螺旋桨仍然看作是孤立的,即认为 螺旋桨是在船后流场中单独工作,而船体位于螺旋
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5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
二、推力减额分数(thrust deduction fraction)
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5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
三、推力减额与伴流的关系
力减额分数t 写作: 富来申纽从理论:
t = tp + tf + tw
tp :形势推力减额分数; tf :摩擦推力减额分数; tw:波浪推力减额分数。
3.推进效率成分 船后螺旋桨的效率(propulsive efficiency behind ship)
Q0 PT TV A TV A ηB η0 ηR PD B 2 π nQ B 2 π nQ 0 Q B
Q0 ηR QB : 相对旋转效率 (relative rotative efficiency)
船舶推进
Ship Propulsion
华中科技大学船海学院
课程安排
第1 章 第2 章 第3 章 第4 章 第5 章 第6 章 第7 章 第8 章 第9 章 概述(2学时) 螺旋桨几何特征(2学时) 螺旋桨基础理论(3学时) 螺旋桨模型的敞水试验(4学时) 螺旋桨与船体相互作用(4学时) 螺旋桨的空泡现象(4学时) 螺旋桨的强度校核(4学时) 螺旋桨图谱设计(7学时) 实船推进性能(2学时)
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
产生伴流的原因: (3) 船舶的兴波作用
对于高速双浆船因 其尾部通常为波谷 ,且螺旋桨的位置 处于船后两侧,摩 擦伴流和形式伴流 较小,故其总伴流 可能为负值。
L
(b )
兴波伴流(wavemaking wake current) 由船舶本身兴波作用而形成的伴流 称为波浪伴流,其数值通常比形式 伴流和摩擦伴流小。
(r )

2π 0
(r , θ ) r d θ

2π 0
r dθ
1 2π (r , θ ) r d θ 2π 0
③ 进而计算整个盘面上的平均伴流分数

0 rh 2π 0
R
(r , θ ) r d r d θ
R rh
r dr dθ
船后浆盘处各点的伴流速度(大 小和方向)是不同的,伴流的轴 向速度在盘面上的分布也是不均 匀的,所以用平均伴流来估算船 后螺旋桨的速度场是近似的。
船体压阻力增加; 另外,船尾部分水流速度增大,使摩擦阻力也有所 增加,但其数值比压阻力的增加要小。
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5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
p -p 0
1 2 ρV
2
A
C
A + 0
B
-
曲线A — 表示孤立船体周围的压力分布曲线。 曲线B — 为螺旋桨在敞水中工作时桨盘前后的压力分布曲线。 曲线C — 即表示螺旋桨在船后工作时压力沿船体周围的分布 情况,其阴影部分即为压力减小的数值,导致船体压阻力增 23 加。
1.0
c =2 m
π
0.9 0.8 0.7
0.6
0.8
r
0.5 0.4 0.3 0.2
3
1
3 5 9
11cm
0.6
4 5 8 9 10 7 11cm
π/2
0.1
0.4
6
0.2 0 0 π/4 π/2 3π/4 π
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源自文库
5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
① 用毕托耙测得整个桨盘面处的速度场。 ② 根据测量结果求各半径处圆周上的平均伴流及整个 盘面上(除去桨毂部分)的平均伴流
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
常采用的是以等推力法来确定为实效伴流,故T0 = TB
1 η B η0 η R η0 i2
ηR为相对旋转效率
在用等推力法确定实效伴流的情况下,船体对螺旋桨的 影响可归结为: (1) 平均实效伴流速度 u,据此可以建立螺旋桨进速 VA与船速V之间的关系,即VA=V - u,如以伴流分 数ω来表示,则VA=V(1- ω)。
上述测定实效伴流的方法系使螺旋桨在船后与敞水中于同一 转速时发生相同的推力,故称为等推力法,但此时Q0≠QB。
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
若螺旋桨进行敞水试验时,保持转速 n不变,调节进 速直至 Q0 =QB 时,量取其进速 VA 及推力 T0,则得 u1=V-VA,也为实效伴流速度。这种方法称为等转 矩方法,但此时T0 ≠ TB。 用等推力法得到的实效伴流 u与等转矩法得到的实效 伴流u1是不相等的。 等推力法是目前为大家广泛采用的方法。
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
二、伴流分数(wake fraction)
VA u V VA 1 V V V
VA (1 )V
根据伴流的成因,伴流分数ω也写作:
p f w
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
二、伴流分数(wake fraction)
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第5章 螺旋桨与船体相互作用
本章主要内容
5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响 5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
5.3 推进系数及推进效率的各种成分
5.4 提高推进性能的措施和节能装置 5.5 估算螺旋桨与船体相互影响系数的公式
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第5章 螺旋桨与船体相互作用
概 述
实际螺旋桨是在船后工作的,螺旋桨和船体成为一个 系统,两者之间必然存在相互作用。这种相互作用表 现为船体所形成的速度场和螺旋桨所形成的速度场之 间的相互影响。
5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
由于螺旋桨在船后工作时引起的船体附加阻力称为阻力 增额。若螺旋桨发出的推力为 T,则其中一部分用于克 服船的阻力R(不带螺旋桨时的阻力),而另一部分则为克 服阻力增额,即
T = R + ∆R
螺旋桨发出的推力中只有(T - ∆R)这一部分是用于克服阻 力R并推船前进的,故称为有效推力Te。 在习惯上,通常将 ∆R称为推力减额,并以 ∆T表示。 因此,螺旋桨的总推力 T 可写作:
桨所影响的水流中运动。
可以把孤立螺旋桨和孤立船体相联系起来,亦即考 虑到上述情况以后,可以把螺旋桨敞水试验的结果 和船模阻力试验的结果用之于船体—螺旋桨的整个 系统。
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第5章 螺旋桨与船体相互作用
本章主要内容
5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响 5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
5.3 推进系数及推进效率的各种成分
5.4 提高推进性能的措施和节能装置 5.5 估算螺旋桨与船体相互影响系数的公式
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5.3 推进系数及推进效率的各种成分
功率传递及推进效率成分
1.传送效率(ηS)
PDB = ηS PS
2.推进系数(P.C)及推进效率( ηD ) P.C = PE/PS
ηD = PE/PDB
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5.3 推进系数及推进效率的各种成分
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
三、伴流的测定
伴流的大小一般系用试验方法求得,因测量的方法不同可分 为标称伴流(nominal wake)和实效伴流(effective wake)两种。 在未装螺旋桨之船模 ( 或实船 ) 后面,用各种流速仪测定螺旋 桨盘面处水流速度,可得标称伴流。

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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
产生伴流的原因:(1) 船身周围的流线运动 首尾处的水流 具有向前速度, 即产生正伴流; 舷侧处的水流 具有向后速度, 即产生负伴流; 离船体愈远, 形式伴流的数 值愈小。
(形)势伴流(potential wake current)
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
2.测量实效伴流的方法
(a)
(b)
首先在船模后试验螺旋桨,量出船模速度V及螺旋桨的转速n、 推力TB、转矩QB。然后,将螺旋桨进行敞水试验,保持转速 n不变,调节进速直到发出之推力等于上述 TB 值时,量取其 进速VA及转矩Q0,则u =V-VA即为实效伴流速度。
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
若船速为V,桨盘处伴流的平均轴向速度为u,则螺旋 桨与该处水流的相对速度(即进速)VA为: VA = V - u 根据伴流的成因,可将伴流速度 u 写成:
u = up + uf + uw
up ── 桨盘处形势伴流的轴向平均速度; uf ── 桨盘处摩擦伴流的轴向平均速度; uw ── 桨盘处波浪伴流的轴向平均速度。
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5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
一、推力减额(thrust deduction)的成因
螺旋桨在船后工作时,由于它的抽吸作用,使桨盘前 方的水流速度增大。根据伯努利定理,水流速度增大 压力必然下降,故在螺旋桨吸水作用所及的整个区域 内压力都要降低,其结果改变了船尾部分的压力分布 状况。
5.4 提高推进性能的措施和节能装置 5.5 估算螺旋桨与船体相互影响系数的公式
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
一、伴流(wake current)的成因和分类
船在水中以某一速度V 向前航行时,附近的水受到 船体的影响而产生运动,其表现为船体周围伴随着 一股水流,这股水流称为伴流或迹流。 伴流速度场可用相对与螺旋桨的轴向速度、周向速 度和径向速度三个分量来表示。与轴向速度相比, 其它两个为二阶小量,常不予考虑。所谓伴流均指 轴向伴流。
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5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响
四、伴流不均匀性的影响
i1 :为伴流不均匀性对推力的影响系数; i2 : 为伴流不均匀性对转矩的影响系数; i :为伴流不均匀性对效率的影响系数,表示在同 一进速系数下敞水螺旋桨效率η0和船后螺旋桨效率 ηB之间的关系。
η B T BV A 2 π nQ B T B Q 0 i1 i η 0 T0V A 2 π nQ 0 T0 Q B i2
(2) 伴流不均匀性的影响 ( 即相对旋转效率 ) ,据此可 以建立敞水螺旋桨和船后螺旋桨转矩(或效率)之间 的关系。
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第5章 螺旋桨与船体相互作用
本章主要内容
5.1 伴流——船体对螺旋桨的影响 5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
5.3 推进系数及推进效率的各种成分
5.4 提高推进性能的措施和节能装置 5.5 估算螺旋桨与船体相互影响系数的公式
T = R + ∆T
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5.2 推力减额——螺旋桨对船体的影响
二、推力减额分数(thrust deduction fraction)
Δ T T Te T R t T T T
船体阻力R 和螺旋桨推力T 之间的关系为:
R=T(1-t)
推力减额分数的大小与船型、螺旋桨尺度、螺旋 桨负荷及螺旋桨与船体的相对位置等因素有关。
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