浅谈螺旋桨_

常见螺旋桨介绍
吊舱式推进器的主要特点如下： （1） 整体效率高； （2） 操纵性能好。推进器可在360° 范围内旋转，极大地提高了船舶的操纵 性和机动性；配合船艏侧 推器，吊舱式推进器可使船舶完成原地 回转、横向平移、精确定位等一般推进 器难以完成的操作； （3） 噪声低、振动小，吊舱式推进器与常规桨相比可得到更均匀的进流， 明显降低振动及噪声水平,能够提高舰船隐身性能； （4） 采用吊舱式推进器的船舶能够简化许多复杂的机械装置，使可靠性得 到了极大的提高； （5） 采用吊舱式推进器可以重新优化尾部线型，可以充分利用机舱舱容， 使船体设计，尤其是船 尾和集控室部分的设计具有很大的灵活性； （6） 采用模块化设计、安装，缩短了船舶建造和维修周期。
l面螺距P与直径D之比P/D称为螺距比; l将圆柱面展成平面后即得螺距三角形,如图( c )。
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l节线与底线之间的夹角θ为半径r处的螺距角: （r：圆柱面的半径）
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l螺旋桨某半径r处螺距角θ的大小,表示桨叶叶面在该处 的倾斜程度。 l r愈小则螺距角θ愈大。图(a)表示三个不同半径的共轴 圆柱面与等螺距螺旋桨桨叶相交的情形 ,其展开后的螺 距三角形如图( b )所示， r1 < r2 < r3 ,而θ1 >θ2 >θ3。
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l螺旋桨桨毂的形状一般为圆锥体,在侧投影上可以看到其各 处的直径并不相等。通常所说的桨毂直径 (简称毂径)是指辐 射参考线与桨毂表面相交处(略去叶根处的填角料)至轴线距 离的两倍,并以d来表示(参阅图2 -11a )。毂径d与螺旋桨直径 D的比值d/D称为毂径比。
Hale Waihona Puke Baidu
l将各半径处共轴圆柱面与桨叶相 截的各切面展成平面后,以其弦长置 于相应半径的水平线上,并光顺连接 端点所得之轮廓称为伸张轮廓。
常见螺旋桨介绍
吊舱式推进器
Azipod(“吊舱式电力推进系统”)于1990年由ABB和芬兰Kvaerner Masa-Yards船厂联合推出，作 为世界上第一种安装在船体外部可以旋转的吊舱内的推进系统，Azipod掀开了船舶技术新篇章。 Azipod是一种安装在吊舱内的电驱动螺旋桨推进系统。吊舱能够围绕连接船体的垂直轴旋转 360°，产生指向任意方向的推力，从而让船舶具备良好的操纵性能。 ABB吊舱式全电力推进系统（Azipod）、劳斯莱斯和阿尔斯通联合研制的Mermaid（美人鱼） 吊舱式推进器、西门子-肖特尔吊舱式双螺旋桨推进系统（SSP）等已成功地在豪华游轮、专用油轮、 破冰船、近海船和工程船上得到广泛使用
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
常见螺旋桨介绍
船用螺旋桨是驱动船前进的一种盘形螺旋面的推进装置。由桨叶及与其相连 结的桨毂构成。常用的是三叶、四叶和五叶。包括单体螺旋桨、导管螺旋桨、 对转螺旋桨、串列螺旋桨、可调螺距螺旋桨、超空泡螺旋桨、大侧斜螺旋桨 等。
常见螺旋桨介绍
船用螺旋桨多由铜合金制成．也有铸钢、铸铁、钛合金或非金属材料制成。
常见螺旋桨介绍
可调螺距螺旋桨（CPP） 对转螺旋桨（CRP）
对转螺旋桨：把两只普通螺 旋桨分别装于两根同心轴上， 并以等速或不等速反向转动。 ① 效率高 ② 扭转力矩小 ③ 利于避免空泡
可调螺距螺旋桨：利用设置于浆榖中的 操作机构能使桨叶绕垂直于桨轴的轴线转动 以改变其角度（螺距）。在不同航行状态时， 主机均能充分发挥功率和转速。 ① 灵活地前进、停车及倒退 ② 多工况，适用于载荷变化大的船 ③ 节能
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l弦长（chord length）一般有内弦和外弦之分。连接切面导边与随 边的直线A B称内弦,图中所示线段BC称为外弦。
l对于系列图谱螺旋桨来说,通常称外弦为弦线,而对于理论设计的螺旋 桨来说,则常以内弦(鼻尾线)为弦线。
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l桨叶在垂直于桨轴的平面上的投 影称为正投影 ,其外形轮廓称为投 射轮廓，其投射面积 AP。
l投射面比 =AP/Ao (Ao为盘面积)； l对称叶形、不对称叶形：不对称 桨叶的叶梢与参考线间的距离XS称 为侧斜,相应之角度θS为侧斜角； l桨叶在平行于包含轴线和辐射参 考线的平面上的投影称为侧投影。
空泡现象
空泡成因：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，导致爆发式的汽水，水汽通过界面，进入汽核并使之膨胀， 形成气泡，称之为空泡。
Pb
无因次系数： = 1 空泡数：
=
1 1 Vb2 = P0 V02 2 2
Vb = V 1 0
螺旋面的几种形式
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋线及螺 距三角形
p
l母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺旋线。任一共轴之圆柱面与螺旋 面相交的交线也为螺旋线(图 a )表示半径为R的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线BB1B2； l将圆柱面展成平面,则此圆柱面即成一底长为2πR高为P的矩形,而螺旋线变为斜线(矩形 的对角线) ,此斜线称为节线。三角形B'B''B2″称为螺距三角形,节线与底线间的夹角θ称 为螺距角。螺距角可由下式来确定:
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l最大厚度线与参考线OU之间的轴向 距离t表示该半径处叶切面的最大厚度。
l与桨毂相连处的切面最大厚度称叶 根厚度(除去两边填角料)。 l辐射参考线与最大厚度线的延长线 在轴线上交点的距离t0与直径D之比值 t0/D称为叶厚分数。工艺上往往将叶 梢处的桨叶厚度做薄呈圆弧状 ,为了 求得叶梢厚度 ,须将桨叶最大厚度线 延长至梢径。
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l根据母线的形状及与轴 线间夹角的变化可以得到 不同形式的螺旋面； l母线为一直线且垂直于 轴线,则所形成的螺旋面为 正螺旋面如图( a )。 l母线为一直线但不垂直 于轴线,则形成斜螺旋面, 如图( b)所示。 l当母线为曲线时,则形成 扭曲的螺旋面,如图（c及 图(d)。
浅谈船舶螺旋桨
螺旋桨的外形及名称
l螺旋桨俗称车叶；
l螺旋桨通常装于船的尾部(但也有一些特殊船只在首尾部都装有螺旋 桨,如港口工作船及渡船等)； l单螺旋桨船（single-screw ship：在船尾部中线处安装；
l双螺旋桨船（twin-screw ship：在中线左右各一桨；
l也有3桨、4桨乃至5桨者。
螺旋桨的外形及名称
l螺旋桨通常由桨叶和桨毂构成
螺旋桨的外形及名称
l 螺旋桨通常由桨叶（blade）和桨毂（propellerhub)构成
• 叶面---由船尾后面向前看时 所见到的螺旋桨桨叶的一面； 另一面称为叶背。 • 叶根---桨叶与毂联接处； • 叶梢---桨叶的外端。 • 导边（leading edge）---螺 旋桨正车旋转时桨叶边缘在 前面者；另一边称为随边 （trailing edge）。
2
P0 Pb
2
V
2 0
max 只随切面形状和入射角而变
P0 Pv
1 V 02 2
与来流速度V 0 、水的汽化压力 pb 及 静压力p0 有关
空泡产生条件： Pb Pv
空泡现象
避免或减缓空泡的发生
降低最大减压系数 max
① 增加螺旋桨盘面比 ② 采用有利的桨叶剖面
常见螺旋桨介绍
ABB吊舱式全电力推进系统（Azipod）
劳斯莱斯和阿尔斯通联合研制的Mermaid （美人鱼）吊舱式推进器
Azipod主要包括吊舱和螺旋桨两部分，其中，吊舱由支架悬挂在船体的下面，可 以全方位旋转，推进电机置于吊舱里面，电机转子就是螺旋桨的轴，定子则固定 在吊舱壳体上。吊舱可以360度旋转，并在任意方向产生推进力，省去了传统推 进器的舵和侧推装置，提高了船舶的机动性；同时，船舶的推进系统和转舵装置 集为一体，节省了船舱内的空间。
常见螺旋桨介绍
导管螺旋桨
导管螺旋桨：在螺旋桨外围加上一个 环形套筒而成，套筒的剖面为机翼型 或折线型。 ① 提高重载螺旋桨效率 ② 提高操纵性能 ③ 盘面处水流受船速变化的影响小 ④ 纵摇小 ⑤ 保护螺旋桨 减缩式导管 渐扩式导管
大测斜螺旋桨
潜艇大侧斜7叶螺旋桨推进器
泵喷推进器
桨叶后倾角比较大，利于降噪， 潜艇中应用广泛 KDX-3驱逐舰 5叶大侧斜可调螺距螺旋桨
tanq =
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征 二、螺旋桨的面螺距
l螺旋桨桨叶的叶面是螺旋面的一部分,故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交 线为螺旋线的一段,如图中的B0C0段。 l将螺旋线段B0C0引长且环绕轴线一周,则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距 P。若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分,则P即称为螺旋桨的面螺距;
日本推出全球首台商船用塑料螺旋桨
这台碳纤维加强塑料 （CFRP）螺旋桨于2014年 5月由日本Koa工业公司安 装至日本Sowa Kaiun YK公 司的“Taiko Maru”号 499GT化学品油船上。
重量超轻，具有与铝青铜材料相同的强度。由于重量轻，螺旋桨 轴能以更小的直径建造，从而显著减少重量和燃料成本。
提高螺旋桨的空泡数
① 在条件许可的情况下，尽量增加螺旋桨的浸没深度 ② 减小螺旋桨转速，即尽可能选用低转速的主机
对于高速舰船，螺旋桨空泡在所难免，有一种处理是设法促使螺旋桨 在第二段空泡状态下运转，即所谓的全空泡（或超空泡）。
超空泡技术
1.纳粹德国是最早从事水下超空泡 技术研究的国家 2. 俄罗斯“暴风”超空泡鱼雷， 一代航速约200节，二代航速约 391节。
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征 四、桨叶的外形轮廓和叶面积
l桨叶的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示。从船 后向船首所看到的为螺旋桨的正视图 ,从船侧看过去所看到的为 侧视图。
桨叶的外形轮廓
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l 桨叶参考线或面
参考线OU； l 纵斜角：参考线与 轴线的垂线成某一夹角 ε(一般ε< 15度 )； l 纵斜：OU 在轴线 上的投影长度zR；
切面的几何特征 (a) 机翼形; (b) 弓形 1-面线; 2-背线; 3-导缘; 4-随缘; 5-拱线; 6-导缘端圆
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
b ---弦长； t ---最大厚度； δ= t/ b ---切面的相对厚度 比或叶厚比； 拱线（中线）---切面的中 线或平均线； fM ---切面的拱（camber， 拱线到内弦线的最大距离）； f = fM/ b ---切面的拱度比。
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
l螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积之总和称为伸张面积 ,以 AE表示。伸张面积AE与盘面积Ao之比称为伸张面比,即伸张面 比= AE/ Ao l将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓称为展开轮廓,如图 虚线所示。各桨叶展开轮廓所包含面积之总和称为展开面积, 以AD表示。展开面积AD与盘面积Ao之比称为展开面比,即展开 面比= AD/ Ao l螺旋桨桨叶的展开面积和伸张面积极为接近 ,故均可称为叶 面积,而伸张面比和展开面比均可称为盘面比或叶面比。盘面 比的大小实质上表示桨叶的宽窄程度,在相同的叶数下,盘面比 愈大,桨叶愈宽。
螺旋桨的外形及名称
螺旋桨的外形及名称
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
螺旋面、螺旋线、螺旋桨的几何特征
p桨叶的叶面通常是螺旋面的 一部分 l线段ab与轴线OO1成固定角度, 并使ab以等角速度绕轴OO1旋转 的同时以等线速度沿OO1向上移 动,则ab线在空间所描绘的曲面即 为等螺距螺旋面。 l线段ab称为母线,母线绕行一周 在轴向前进的距离称为螺距,以P 表示。 螺旋面的形成