船舶推进

第一章：绪论
1、快速性：船舶在给定主机马力情况下，在一定装载时于水中航行的快慢问题。

2、推进器类型：①螺旋桨（构造简单、造价低廉、使用方便、效率较高）；②风帆（可利用无代价的风力，但推力依赖于凤向和风力，以致船的速度和操纵性能都受到限制）；③明轮（构造简单，造价低廉，但蹼板效率较低）；④直叶推进器（操纵性良好且在船舶倒退时也无须逆转主机，推进效率较高，汹涛海面下工作情况较好）；⑤喷水推进器（活动部分在船内，具有良好的保护性，操纵性能良好，但减少了船舶的有效载重量，推进效率低）；⑥水力锥形推进器（构造简单设备轻便，效率较一般喷水推进器高）
3、特殊推进器：导管螺旋桨、可调螺距螺旋桨、对转螺旋桨、串列螺旋桨。

4、Ps 主机发出的马力；Pd 推进器收到的马力；Pe 克服船体阻力的功率，有效马力；ηs 传送效率ηs = Pd/Ps ；ηD 推进效率ηD=Pe/Pd ；P.C 推进系数 P.C =Pe/Pd 。

第二章：螺旋桨的几何特征
1、螺旋桨：通常由桨叶和绛毂构成。

2、桨毂：螺旋桨与尾轴连接的部分，是一个截头锥形体。

为减小水阻力，在桨毂后端加一整流罩，于桨毂形成一光顺流线形体，称为榖帽。

3、桨叶：固定在桨毂上。

由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面为叶面，另一面称为叶背。

4、叶根：桨叶与毂连接处。

叶梢：桨叶的外端。

导边：螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面的一边。

另一边称为随边。

5、右旋转：当螺旋桨正车旋转时，由船后向前看去所见到的旋转方向为顺时针者。

反之，为左旋转。

内旋桨：装于船尾两侧之螺旋桨，在正车旋转时其上部向船的中线方向转动者。

反之，称为外旋桨。

6、描述螺旋桨的几何参数:（角标所有字母均大写！！！！！！）
D:螺旋桨旋转时（设无前后运动）叶梢的圆形轨迹称为梢圆，梢圆的直径称为螺旋桨直径，用D 来表示。

o
A :椭圆的面积称为螺旋桨的盘面积，以
o
A 表示，4
2
D A o π=
P ：母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距，用P 表示。

P/D ：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，面螺距P 与直径D 之比P/D 称为螺距比
t/b ：切面厚度以垂直于所取弦线方向与切面上，下面交点间的距离来表示，其最大厚度t 称为叶厚，t 与切面弦长b 之比称为切面的相对厚度或叶厚比δ=t/b
fm:：拱线到内弦线的最大垂直距离称为切面的拱度，用fm 表示 f ：fm 与弦长b 之比称为切面的拱度比f=fm/b Ap/Ao ：投射面比（投射面积比盘面积）
t0/d 叶厚分数:辐射参考线与最大厚度线延长线在轴线上交点的距离t0与直径D 的比 d/D:毂径比：毂径d 与螺旋桨直径D 之比
Ae:螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积之总称为伸张面积，用Ae 表示 Ae/Ao 伸张面比：伸张面积Ae 与盘面积Ao 的比
Ad ：各桨叶展开轮廓所包含面积之总和称为展开面积，用Ad 表示 Ad/Ao 展开面比：展开面积Ad 与盘面积Ao 的比
平均宽度：bm 表示桨叶的宽窄程度)
2(d R Z A b E m -
=
平均宽度比：)/1(2//D d Z A A D bm b o E m -=
=π
第三章：螺旋桨基础理论 1、理想推进器理论：
①假设：1、推进器为一轴向尺度趋于零、水可以自由通过的盘，此盘可以拨水向后，称为鼓动盘（具有吸收外来功率并推水向后的功能）。

2、水流速度和压力在盘面上均匀分布。

3、水为不可压缩的理想流体。

②效率：α
ηu V V A A iA 21+
=
或T
iA ση++
=112 （αu 为轴向诱导速度，T σ为推进器载
荷系数）
2、理想螺旋桨理论：
①假设：1、螺旋桨具有无限多桨叶，并在理想流体中，即同一半径处周向诱导速度为常量。

2、水为理想流体，故在流体中任何面上仅有垂直的力。

3、从螺旋桨紧后方和远后方的周向诱导速度为一常数。

②效率：r
u r t
iT ωωη2-
=
，理想推进器相率为理想螺旋桨的轴向诱导效率。

3、叶元体理论：（重点！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！） ①叶元体效率εηηηηiT iA r =0，其中)
tan 1()
tan 1(i
i βε
βεηε+-=
②整个螺旋桨的推力与转矩⎰--
Γ=R
r i t h
dr u r r Z T )tan 1)(2
1)((βεωρ
rdr u V r Z Q i
R
r A h
)tan 1)(2
1)((βε
ρα+
+
Γ=⎰
③速度三角形 ④受力分析
⑤螺旋桨效率
nQ TV A
πη20=
⑥滑脱比
nP V P
h P
h P s A p p
-
=-
=-=
11
⑦进速系数)
1(s D
P nD
V J A -=
=
⑧敞水曲线
第四章：螺旋桨模型的敞水试验 1、螺旋桨的相似定律： ①相似条件：1、
nD
V A ：进速系数J 相等，运动相似
2、V nD /2：雷诺数Rn 相等，粘性力系数相等
3、gD D n /22：傅汝德数gD nD F n /
π=相等，重力条件相似，兴波情况
②当桨轴的沉没深度hs>0.625D ，兴波的影响可以忽略不计，只要求进速系数相等，对于雷诺数仅要求超过临界数值Rn>Rnc
③临界雷诺数（3.0*10的五次方）：当雷诺数足够大，界层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。

④尺度效应（作用）：至于浆模和实桨因雷诺数不同而引起两者水动力性能之差异，雷诺数对升力系数CL 影响不大，对阻力CD 影响较大，由于实数的雷诺数较高：CDs<CDm 所以KTm<KTs ，KQm>KQs ，ηom<ηos
第五章：螺旋桨与船体相互作用
1、伴流：船在水中以某一速度V 航行时，随附近的水受到影响而产生运动，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
伴流成因：①船身周围的流线运动②水之粘性作用③船舶的兴波作用
伴流分类：形势伴流、摩擦伴流、波浪伴流。

标称伴流：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。

实效伴流：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。

2、等推力法：保持转速n 不变，调节进速直至发出的推力等于TB ，但Qo 不等于QB ，量取进速VA ，及转矩QB 。

U=V-VA （实效伴流速度）
等转矩法：保持n 不变，调节尽速直至Qo=QB 时，量取进速VA 及推力To 3、伴流不均匀影响：
“O ”表示在敞水中测得的值，“B ”表示船后相应的值。

i1=TB/T0：伴流不均匀对推力的影响系数 i2=QB/QO ：伴流不均匀对转矩的影响系数 i=i1/i2：伴流不均匀对效率的影响系数 ηB/ηo=i1/i2 ηB=ηo* i1/i2 采用等推力法确定实效伴流及TO=TB ，所以ηB=η0/i2=ηR ηo
ηR=1/i2称为相对旋转效率
4、螺旋桨设计中伴流不准对拖进性能的影响：W2实际的（船型结构伴流分数）W1选取的，VA=V （1-W ）当W2小于W1时，VA2>VA1，所以J=VA1/nD,所以J2>J1。

因为4
2
)(D n K T T ρ=，所以T2<T1,由此可见，实际螺旋桨不能吸收预定的马力和发出要求的推力，从而无法达到预定的设计航速，这时螺旋桨处于轻载状态，不能充分利用主机马力；反之，若W2>W1，则螺旋桨实际工作处于重载状态，对主机工作不利。

5、推力减额成因：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 （不带螺旋桨的阻力），另一部分则为克服阻力增额△R1，即T=R+△R ，由此可见，螺旋桨发出的推力中只有T-△R 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 成为推力减额，并用△T 表示，因此螺旋桨总推力T=R+△T 或R=T-△T 。

推力减额分类：推力减额分数t=tp+tf+tw 。

Tp 为形势推力减额分数；tf 为摩擦推力减额分数；tw 为波浪推力减额分数。

6、推进系数的各种成分：
推进系数
S
R H S
DB DB
D D T
T
E S
E P P P P P P P P P P C P ηηηη00
0..=⋅⋅⋅==
PE 船的有效功率（马力）；PT 螺旋桨推功率（马力）；PDO 螺旋桨敞水收到功率（马力）； PDB 船后收到功率（马力）；PS 主机发出功率
PS ——ηS 轴系传递效率—→PDB ——ηR 相对旋转效率—→PDO ——ηo 螺旋桨敞水效率——→PT ——ηH 船身效率—→PE
7、提高推进性能的措施和节能装置：
①船尾形状对推进性能的影响：U 型，V 型，球形尾
②船首形状对推进性能的影响：不仅可以减小兴波阻力，还能有效提高推进效率 ③舵对推进性能的影响：可减小尾流旋转动能损失，提高推进效率，流线型舵。

④图谱设计桨与理论设计桨对推进性能的影响：敞水效率相同，船后环流桨具有高推进率 第六章：空泡现象
1、空泡：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
2、空泡的形态：涡空泡、泡状空泡、片状空泡、云雾状空泡
3、空泡对螺旋桨的影响：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；第二阶段空泡时桨叶表面无剥蚀作用，但影响螺旋桨的水动力性能。

4、判断空泡发生的条件：1
)(2
12
2
0-=-=
V V V p p b b ρξ 为减压系数当ξ大于等于空泡数o 时压
力上升，小于时压力下降，通常认为，当B 的压力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 点产生空泡的条件为Pb 小于等于Pv 。

max
02
1ρξ
v k p p V -=
为极限速度，物体作高速运动时，若速度超过Vk 则必然发生空泡现象。

5、延缓螺旋桨空泡发生的措施：1、从降低最大减压系数ξmax 着手：①增加螺旋桨的盘面比以减低单位面积上的平均推力，使叶背上ξ值下降；②采用弓形切面或压力分布较均匀的其他切面形式；③减小叶根附近切面的螺距。

2、从提高螺旋桨空泡数着手：①在条件许可情况下，尽量增加螺旋桨的浸没深度，增大空泡数；②减小螺旋桨转速，用低转速主机。

6、空泡试验相似条件：①进速系数相等
λ
1s m s
s m m As
Am n n D n D n V V ==
②ρs=ρm ，即
22
As
Am vs
os vm om V
V p p p p =
-- 所以Pom=Pos ，Pvs=Pvm ，所以VAm=VAs ，λs m n n =
7、空泡校核方法：使用螺旋桨模型空泡试验或大量实船资料整理所得的图谱，或由统计数据归纳所成的近似公式进行空泡校核：①柏利尔限界线（建议采用柏利尔商船限界线），对于大马力船舶，一般根据瓦根宁根水池限界线所得出的展开面积再加5%-10%的裕度；采用清晰的空泡限界线图所示空泡限界线。

②高恩限界线：用于高恩螺旋桨系列空泡校核。

③B 系列螺旋桨空泡特性估算图 第七章：强度校核
1、规范校核法：螺旋桨桨叶厚度t 不得小于按)/(X K Y t -=
计算所得的值，式中Y 为
功率系数，K 为材料系数，X 为转速系数。

其中①功率系数e
e
Z b n N A Y 136.1=，
47
.03
7
.02
11)(K P D K P D K K P
D A -+-=
对于随缘上翘的机翼型切面，
上式求得的A1值应增加30%；式中D 为螺旋桨直径，P 为所计算切面处螺距，P0.7为0.7R 切面处的螺距，R 为螺旋
桨半径，K1，K2，K3，K4为系数，Ne 为主机额定功率，Z 为桨叶叶数，b 为所计算半径处切面的弦长，ne 为螺旋桨在主机额定功率时转速。

②转速系数Zb
D n GA A X e d 10
3
2210
=
，
87652)(K K K K P
D A +++=εε，式中D,P,N,Z,b 同前；ε为桨叶后倾角，K5,6,7,8为系
数，G 为桨叶材料密度，Ad 为螺旋桨的盘面比。

2、螺距修正：①毂径比不同对螺距的修正：]/)'/[(*1.0)/(D d D d D P h h B -=∆ ②叶厚比不同对螺距的修正：
厚度比不同对螺距比修正量R t b t s D
P D P 7.0)/()1(2
)/(∆--=∆
设计桨0.7R 处切面厚度比75.0*]'/)/()'/[()/(7.07.07.0E a a b t b t b t EO R R R -=∆ 设计桨换算展开比o E h h A A D d D d E a /)]/()'/[(1.11'-+= ③经过修正后螺旋桨的螺距B m D P D P D P )(
')/(∆+=
第八章：螺旋桨图谱设计
1、螺旋桨设计问题及设计方法：(重点！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！）
①初步设计：对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨转速及效率决定主机转速及马力，具体讲即：1、已知船速V ，有效马力PE ，根据选定的螺旋桨直径D ，确定螺旋桨最佳转速n 、效率η0、螺距比P/D 和主机马力Ps ；2、已知船速V ，有效马力PE ，根据给定的转速n ，确定螺旋桨的最佳直径D 、效率η0、螺距比P/D 和主机马力Ps 。

②终结设计：主机马力和转速决定后（最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同），求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。

具体讲，已知主机马力Ps 、转速n 和有效马力曲线，确定所能达到的最高航速V 、螺旋桨直径D 、螺距比P/D 以及效率η0.目前设计船用螺旋桨的方法有两种，即图谱设计法及环流理论设计法。

2、设计螺旋桨时应考虑的若干问题：
①螺旋桨的数目：通常习惯按母型船来选取螺旋桨数目，且螺旋桨数目与船舶尾部线型直接有关，故在船舶初步设计时已决定其螺旋桨数目。

②螺旋桨叶数的选择：一般认为，若螺旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率常略高，叶数多者因叶栅干扰作用增大，效率下降。

但叶数多着对减小振动有利，少者有利避免空泡③螺旋桨直径：一般来说螺旋桨直径越大，转速越低者效率越高，但直径受到船吃水和尾框间隙所限制，而且直径过大时桨盘处平均伴流减小，船身效率下降，对总推进效率非有利
④螺旋桨的转速：对机器来说，转速越大效率越高，且机器的重量尺寸都可减小。

⑤桨叶外形和叶切面形状：桨叶外形轮廓对螺旋桨性能影响很小，其展开轮廓接近椭圆形者为良好的叶形。

对有侧斜的桨叶，各半径处切面弦长也应随椭圆规律变化为佳。

3、图谱设计过程：①船体主尺度参数；②主机参数；③推进因子的决定；④可以达到最大航速的计算；⑤空泡校核；⑥强度校核；⑦螺距修正；⑧重量及惯性矩计算；⑨敞水性能曲线的确定；10、系统特性计算；11、航行特性计算；12、螺旋桨计算总结。