螺旋桨基础理论.ppt

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1、第3章螺旋桨基础理论3一1理想推进器理论3一2理想螺旋桨理论（尾流旋转的影响）3一3作用在桨叶上的力及力矩3一4螺旋桨水动力性能3一1理想推进器理论假定：①推进器为一轴向尺度趋于零、水可自由通过的盘，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。根据这些假定而得到的推进器理论，称为理想推进器理论。它可用于螺旋桨、明轮、喷水推进器等，差别仅在于推进器区域内的水流断面的取法不同。例如，对于螺旋桨而言，其水流断面为盘面；对于明轮而言，其水流断面为桨板的浸水板面。理想推进

2、器理论设推进器在无限的静止流体中以速度VA前进，为了获得稳定的流动图案，我们应用运动转换原理，即认为推进器是固定的，而水流自无穷远前方以速度VA流向推进器（鼓动盘），图3一1(a）表示包围着推进器的流管。由于推进器的作用，在流管中水质点的速度与流管外不同，在流管以外的水流速度和压力处处相等，均为VA和p0，故流管的边界ABC和A1B1C1是分界面，现在讨论流管内水流轴向速度和压力的分布情况。参阅图3一1〔a)，在推进器的远前方(AA1剖面）压力为p0、流速为VA．离盘面愈近，由于推进器的抽吸作用，水流的速度愈大而压力下降，到盘面（BB1剖面）的紧前方

3、时，水流的速度理想推进器理论为VA＋ua1，而压力降为p1，当水流经过盘面时，压力突增为p'1(这一压力突变是由于推进器的作用而产生），而水流速度仍保持连续变化。水流离开盘面以后，速度将继续增大而压力下降。到推进器的远后方（CC1剖面）处，速度将达到最大值VA＋ua．而压力回复至p0，图3一1(b）和3一1(c）分别表示流管中水流速度和压力的分布情况。流管内水流轴向速度的增加使流管截面形成收缩，而流管内外的压力差由其边界面的曲度来支持。由于假定推进器在无限深广的流体中运动，故流管以外两端无限远处的压力和水流速度可视为不变。理想推进器理论理想推进器理论

4、二、理想推进器的推力和诱导速度根据以上的分析，便可以进一步决定推进器所产生的推力和水流速度之间的关系。应用动量定理可以求出推进器的推力。单位时间内流过推进器盘面（面积为A0）的流体质量为m=ρA0（VA＋ua1)，自流管远前方AA1断面流入的动量为ρA0（VA＋ua1)VA，而在远后方CC，断面处流出的动量为ρA0（VA＋ua1)(VA+ua1)，故在单位时间内水流获得的动量增值为．理想推进器理论根据动量定理，作用在流体上的力等于单位时间内流体动量的增量。而流体的反作用力即为推力，故推进器所产生的推力以上各式中，ρ为流体的密度。为了寻求盘面处速度

5、增量ua1与无限远后方速度增量ua的关系，在推进器盘面前和盘面后分别应用伯努利方程．在盘面远前方和紧靠盘面处有下列关系式：故理想推进器理论而在盘面远后方和紧靠盘面处有，故盘面前后的压力差p’1一p1就形成了推进器的推力，由式（3一2）及式（3一3）可得因推进器的盘面积为A0，故推进器所产生的推力Ti的另一种表达形式为理想推进器理论比较式（3一1）及式（3一5）可得由上式可知，在理想推进器盘面处的速度增量为全部增量的一半。水流速度的增量ua1及ua称为轴向诱导速度。由式（3一1）或式（3一5）可见，轴向诱导速度愈大，推进器产生的推力也愈大。理想推进器理

6、论三、理想推进器的效率推进器的效率等于有效功率和消耗功率的比值。现以绝对运动观点来讨论理想推进器的效率，推进器在静水中以速度VA前进时产生推力Ti，则其有效功率为TiVA。但推进器在工作时，每单位时间内有质量的水通过盘面得到加速而进入尾流，尾流中的能量随水消逝乃属损失．故单位时间内损失的能量（即单位时间内尾流所取得的能量）为从而推进器消耗的功率为理想推进器理论因此，理想推进器的效率为由式（3一5）可见，推进器必须给水流以向后的诱导速度才能获得推力，故从式（3一7）可知，理想推进器的效率总是小于1。理想推进器的效率还可用另外的形式来表达，根据式（3一

7、5）解ua的二次方程可得或写作：理想推进器理论式中：，称为推进器的载荷系数。将式（3一9）代人式（3一7）可得效率的表达式为：由式（3一9）及式（3一10）可见，若己知推进器的载荷系数σT，便可以确定诱导速度ua（或ua1）及效率ηA．图3一2表示与载荷系数σT之间的关系曲线。σT愈小则效率愈高．理想推进器理论在推力Ti和速度VA一定的条件下，要取得小的载荷系数必须增大盘面积A0，对螺旋桨来说需增大直径D，从而提高效率。这一结论具有重要的现实意义。3一2理想螺旋桨理论（尾流旋转的影响）实际螺旋桨在工作时，除产生轴向诱导速度外还产生周向诱导速度，其方向

8、与螺旋桨旋转方向相同，两者合成作用表现为水流经过螺旋桨盘面后有扭转现象，如图3-3所示。理想螺旋桨理论（尾流