潜艇原理第七讲-潜艇的快速性(推进部分)

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1、第五章潜艇的快速性为使潜艇具有所希望的快速性，需在潜艇上装备推进器以吸收主机功率，发出推力，推动潜艇以一定航速前进。目前应用最为广泛的潜艇推进器仍为螺旋桨推进器。因此，它是潜艇推进问题的主要研究对象。斯特林发动机是一种外部加热的连续燃烧发动机。它通过外部燃烧的高温气体经加热管加热内部循环的工质（e.g.氦气）。内部循环工质受热膨胀推动活塞做工，使得发动机输出轴功率。§5.5螺旋桨的几何形状螺旋桨通常由若干个桨叶和桨毂构成，螺旋桨与尾轴联接部分称为桨毂，桨毂是一个截头的锥形体。为了减小水阻力，在桨毂后端加一整流帽，与桨毂形成一

2、光顺流线形体，称为毂帽。桨叶固定在桨毂上。普通螺旋桨常为三叶～七叶，二叶螺旋奖仅用于机帆船或小艇上，现代潜艇多采用六叶或七叶螺旋桨。韩国玉高级潜艇PBCF:螺旋桨毂帽鳍安装在螺旋桨毂帽上，与螺旋桨桨叶数目相同且一起旋转的小鳍。是80年代日本三井、西日本流体技研和MIKADO螺旋桨株式会社联合开发的一种节能装置。毂帽鳍通过对螺旋桨旋转产生的毂涡进行整流，回收其中的旋转动能，提高螺旋桨推进效率，减弱毂涡，从而抑制毂涡空泡的产生，有利于降低螺旋桨噪声。对转螺旋桨是指一对分别装在具有同一轴心的外轴和内轴上的正反转推进装置。近半个世纪

3、以来，对转螺旋桨这种推进方式在鱼雷推进中得到了广泛应用。对转螺旋桨与前面的PBCF是两回事（1）对转螺旋桨使螺旋桨工作时所产生的反力矩得到相互抵消，从而大大减小了雷体的横滚现象。横滚现象的出现将导致航向偏差。（2）前、后桨相互干扰改变了前、后桨的伴流分布和推力减额分数，从而提高了“雷身效率”；对转螺旋桨比普通螺旋桨可以提高8％～15％的效率。（3）因为对转螺旋桨总的桨叶面积增大，所以在吸收同样功率的情况下，其负荷较单桨为低，有利于避免空泡的发生。（4）在一定负荷下，与单桨相比，对转螺旋桨的双桨大约减小15％的直径。§5.5螺

4、旋桨的几何形状由艇尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂联接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边。§5.5螺旋桨的几何形状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螺旋桨叶的叶切面形状，桨叶切面的形状通常有机翼形切面、弓形切面、梭形切面和月牙形切面。可以将它们作为机翼表征其几何特性和讨论其流体动力性能。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

5、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。§5.5螺旋桨的几何形状其中NACA剖面使用得较广，它升力大，阻力小。其标号为“NACA00××”，在英文缩写后有4个数字，前面两位表示拱度比，对称剖面记为“00”，后两位表示厚度比的百分数。例如NACA0015．表示厚度比(最大厚度与切面弦长之比)为15%的对称形NACA剖面，其形状如下图所示。NACA00××剖面的形状可用下列厚度坐标来表示：§5.5螺旋桨的水动力特性

6、§5.5螺旋桨的水动力特性推力：dTdLcosdDsinii阻力：dFdLsindDcosdQrdFii§5.5螺旋桨的水动力特性当螺旋桨以进速Va和转速n进行工作时，必须吸收主机提供给的转矩Q才能发出推力T。因此，螺旋桨的效率为：TVa0进速2nQVa进程：螺旋桨旋转一周在轴向前进的距离hPn转速进速系数：进程与螺旋桨直径D的比值V/nVPaaJ(1s)DnDD§5.8螺旋桨与艇体间的相互作用艇体的伴流:潜艇运动带动周围的水一起运动，使其具有一定的速度，从而导致螺旋桨与水的相对速

7、度和潜艇的运动速度存在一定差别。产生伴流的原因:（1）艇体周围的流线运动：潜艇在水中以速度V向前航行时，艇体周围水流的流线分布情况如图。首尾处的水流具有向前速度，即产生正伴流，而在舷侧处水流具有向后速度，故为负伴流。由此而形成的伴流称为形势伴流或势伴流。因流线离船身不远处即迅速分散，故在艇体略远处其作用不甚显著。V§5.8螺旋桨与艇体间的相互作用艇体的伴流2）水的粘性作用：因水具有粘性，故当潜艇在运动时沿艇体表面形成边界层，边界层内水质点具有向前速度，形成正伴流，通常称为摩擦伴流。摩擦伴流在紧靠艇体表面处最大，由该处向外急剧

8、减小，离艇体不远处即迅速消失，但在艇后相当距离处摩擦伴流依然存在。下图表示艇体周围的边界层，边界层在尾部后具有相当的厚度，与螺旋桨直径相差不多，故摩擦伴流常为总伴流中的主要部分。摩擦伴流的大小与艇型，表面粗糙度、雷诺数及螺旋桨的位置等有关。§5.8螺旋桨与艇体间的相互作用艇体的伴流（3）潜