船用螺旋桨的几何特征

船用螺旋桨的几何特征

螺旋桨的面螺距

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，B0C0段。若将螺旋线段B0C0引长环绕轴线一周，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。面螺距P与直径D之比P/D称为螺距比。将圆柱面展成平面后即得螺距三角形。

设上述圆柱面的半径为r，则展开后螺距三角形的底边长为2πr，节线与底线之间的夹角θ为半径r处的螺距角，并可据下式来确定：tgθ=P/2πr

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。不同半径处的螺距角是不等的，r愈小则螺距角θ愈大。

若螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等，则称为变螺距螺旋桨。对此类螺旋桨常取半径为0.7R或0.75R(R为螺旋桨梢半径)处的面螺距代表螺旋桨的螺距，为注明其计量方法，在简写时可记作P0.7R或P0.75R。

桨叶切面

与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为桨叶的切面，简称叶切面或叶剖面。将圆柱面展为平面后则得叶切面形状，其形状与机翼切面相仿。所以表征机翼切面几何特性的方法，可以用于桨叶切面。

桨叶切面的形状通常为圆背式切面(弓形切面)或机翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面。一般说来，机翼形切面的叶型效率较高，但空泡性能较差，弓形切面则相反。普通之弓形切面展开后叶面为一直线，叶背为一曲线，中部最厚两端颇尖。机翼形切面在展开后无一定形状，叶面大致为一直线或曲线，叶背为曲线，导边钝而随边较尖，其最大厚度则近于导边，约在离导边25%～40%弦长处。

切面的弦长一般有内弦和外弦之分。连接切面导边与随边的直线AB称内弦，线段BC称为外弦。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，弦长及螺距也根据所取弦线来定义。弦长b 为系列螺旋桨之表示方法。

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。切面的中线或平均线称为拱线或中线，拱线到内弦线的最大垂直距离称为切面的拱度，以fM表示。fM与弦长b之比称切面的拱度比f=fM/b。

桨叶的外形轮廓和叶面积

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。

为了正确表达正视图和侧视图之间的关系，取叶面中间的一根母线作为作图的参考线，称为桨叶参考线或叶面参考线。若螺旋桨叶面是正螺旋面，则在侧视图上参考线OU与轴线垂直。若为斜螺旋面，则参考线与轴线的垂线成某一夹角ε，称为纵斜角。参考线线段OU在轴线上的投影长度称为纵斜，用zR表示。纵斜螺旋桨一般都是向后倾斜的，其目的在于增大桨叶与尾框架或船体间的间隙，以减小螺旋桨诱导的船体振动，但纵斜不宜过大(一般ε＜15°)，否则螺旋桨在操作时因离心力而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶强度不利。

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。螺旋桨所有桨叶投射轮廓包含面积之总和称为螺旋桨投射面积，以AP表示。投射面积AP与盘面积A0之比称为投射面比，即投射面比=AP/A0。

投射轮廓对称于参考线的称为对称叶形。若其外形与参考线不相对称，则为不对称叶形。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。桨叶的侧斜方向一般与螺旋桨的转向相反，合理选择桨叶的侧斜可明显减缓螺旋桨诱导的船体振动。

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。图上除画出桨叶外形轮廓及参考线OU的位置外，还需作出最大厚度线。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。它仅表示不同半径处切面最大厚度沿径向的分布情况，并不表示最大厚度沿切面弦向的位置。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)。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，需将桨叶最大厚度线延长至梢径。

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。毂径d与螺旋桨直径D的比值d/D称为毂

径比。

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，并光顺联接端点所得之轮廓称为伸张轮廓。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A0之比称为伸张面比，即伸张面比=AE/A0。

将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓称为展开轮廓。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A0之比称为展开面比，即展开面比＝AD/A0。

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。此外，还可用桨叶的平均宽度bm来表示桨叶的宽窄程度，其值按下式求取：bm=AE/Z（R-d/2）。

式中，AE为螺旋桨伸张面积；d为毂径；Z为叶数。或用平均宽度比mb来表示，即mb=bm/D=(πAE/A0)/[2Z(1-d/D)]。