船舶推进第3章螺旋桨基础理论

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1、1船舶原理2007年11月18日2船舶推进第三章螺旋桨基础理论第三章螺旋桨基础理论一、早期的推进器理论分为两派1、动量理论：螺旋桨的推力乃因其工作时使水产生动量变化所致，所以可通过水的动量变更率来计算推力。2、叶元体理论：注重螺旋桨每一叶元体所受的力，据以计算整个螺旋桨的推力及转矩。3船舶推进第三章螺旋桨基础理论二、螺旋桨环流理论流体力学的机翼理论应用于螺旋桨，解释叶元体的受力与水的速度的变更关系，将上述两派理论联系起来而发展成螺旋桨环流理论。虽然动量理论中忽略的因素较多，所得的结果与实际情况有一段距离，但这个理论能简略的说明推进器产生推力的原因，某些结论

2、有一些实际意义。4船舶推进第三章螺旋桨基础理论§3-1理想推进器理论一、诱导速度推进器一般都是依靠拨水向后来产生推力的，而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度，通常称为诱导速度。显然推进器的作用力与所形成的水流情况密切有关。5船舶推进第二章螺旋桨几何特征二、理想推进器理论的基本假定1、推进器为一轴向尺寸趋于零、水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后，称为鼓动盘。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。注意：对于螺旋桨而言，其水流断面为盘面；对明轮而言，其水流断面为浆板的浸水板面。6船舶推进第二章螺旋桨几何特征三、理想推进器的

3、力学模型7船舶推进第二章螺旋桨几何特征四、理想推进器的推力1、单位时间内通过推进器盘面的流体质量：2、自流管远前方AA1断面流入的动量：3、流管远后方CC1断面流出的动量：8船舶推进第二章螺旋桨几何特征4、根据动量定理，作用于流体上的立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：9船舶推进第二章螺旋桨几何特征五、盘面处速度增量与远后方速度增量的关系1、在盘面前和盘面后应用伯努力方程：10船舶推进第二章螺旋桨几何特征2、在盘面远后方和紧靠盘面处应用伯努力方程3、盘面前后的压力差就形成了推力：11船舶推进第二章螺旋桨几何特征4、推力的另一种表达式：

4、轴向诱导速度越大，推进器产生的推力也越大。12船舶推进第二章螺旋桨几何特征六、理想推进器的效率推进器的效率等于有效功率与消耗功率的比值1、推进器在静水中航行时产生推力，则其有效功率为：2、推进器工作时，单位时间内尾流所取得的能量为：13船舶推进第二章螺旋桨几何特征3、推进器消耗的功率：4、理想推进器的效率：14船舶推进第二章螺旋桨几何特征5、理想推进器的效率的另一种表达式：15船舶推进第二章螺旋桨几何特征6、理想推进器的效率曲线载荷系数愈小效率愈高。增大直径D可减小载荷系数，从而提高效率。着一结论具有重要意义16船舶推进第三章螺旋桨基础理论§3-2理想螺旋

5、桨理论17船舶推进第三章螺旋桨基础理论一、周向诱导速度18船舶推进第三章螺旋桨基础理论根据理想螺旋桨力学模型，然后运用动量矩，经过相应的推导可得浆盘处和远后方的周向诱导速度有如下关系：19船舶推进第三章螺旋桨基础理论二、周向和轴向诱导速度的正交性20船舶推进第三章螺旋桨基础理论三、理想螺旋桨的效率周向诱导效率：21船舶推进第三章螺旋桨基础理论§3-3作用在浆叶上的力及力矩一、速度多边形根据上面的分析可知，螺旋桨在操作时周围的水流情况可简要地描述如下：1、轴向诱导速度自桨盘远前方的零值起逐渐增加，至桨盘远后方处达最大值，而在盘面处的轴向诱导速度等于远后方处的

6、一半。2、周向诱导速度在桨盘前并不存在，而在桨盘后立即达到最大值，桨盘处的周向诱导速度是后方的一半。22船舶推进第三章螺旋桨基础理论当我们在讨论螺旋桨周围的流动情况时，除考虑螺旋桨本身的前进速度及旋转速度外，还需要考虑轴向诱导速度和周向诱导速度。在绝对运动系统中，轴向诱导速度的方向与螺旋桨的前进方向相反，而周向诱导速度的方向与螺旋桨的转向相同。参阅下图，以半径为r的共轴圆柱面与桨叶相交并展成平面，则叶元体的倾斜角为螺距角。经过运动转换以后，叶元体即变为固定不动，而水流以轴向速度和周向速度流向桨叶切面。23船舶推进第三章螺旋桨基础理论结论：浆叶切面的复杂运动

7、最后可归结为水流以速度、攻角流向浆叶切面。24船舶推进第三章螺旋桨基础理论二、作用在机翼上的升力和阻力25船舶推进第三章螺旋桨基础理论实验证明，在使用范围内，升力系数与几何攻角约成线性关系。为几何攻角为无升力角为流体动力攻角或绝对攻角当几何攻角等于零时，升力系数不等于零。这是因为机翼剖面不对称的缘故。26船舶推进第三章螺旋桨基础理论自由涡：翼梢的横向绕流与来流的共同用，使机翼后缘形成旋涡层，这些旋涡称为自由涡。27船舶推进第三章螺旋桨基础理论由于自由涡的存在，在空间产生一个诱导速度场。在机冀后缘处，诱导速度垂直于运动方向，故也称下洗速度。28船舶推进第三章

8、螺旋桨基础理论考虑了尾涡的诱导速度后，我们可以将有限翼展的机翼微段