螺旋桨空泡成因、影响和应对

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1、螺旋桨空泡成因、影响和应对方法Carl天津大学摘要：近二十年里，各种高性能船、新船型的出现，现代化船舶向大型、高速性的发展趋势，致使船舶的主机功率急剧增加，螺旋桨周围水的空化产生的空泡成为一个越来越大的问题。空泡会经历发生、溃灭，其过程是迅速且剧烈的，从而会导致剥蚀、震动、噪声等。由于螺旋桨特定类型的空泡和剥蚀的关系现在还没有被充分的认知。本文将阐述空化产生的原因，并针对螺旋桨空泡进行简单的分类，并分析不同类型的空泡的成因及其主要影响。最后从空化原理出发针对空泡的危害总结应对办法。关键词：螺旋桨，空泡，剥蚀，噪声Thecauses,impactandrestraintmethodso

2、fpropellercavitationAbstract:Inrecenttwentyyears,avarietyofhigh-performanceshipsandnewshipformsaregraduallyemerged.Themodernshipdevelopstrendingtolargerandfaster,whichrequiresasignificantincreaseofmainenginepower.Wateraroundthepropellergeneratescavitation,whichbecomesaproblemofconcerning.Thepro

3、cessofcavitation,concludingformingandcrush,isswiftandviolent,whichwouldleadtoerosion,vibration,noise,etc.Duetotherelationshipbetweentypesanderosionofpropellercavitationhasnotbeenfullycognition,thispaperwilldescribethecausesofcavitation,carryonthesimpleclassificationforpropellercavitation,andana

4、lysisthecausesofdifferenttypesofcavity.Finallyembarkingfromthecavitationprinciple,thispaperwillsummarizethemethodsforrestrainingpropellercavitation.Keywords:propeller,cavitation,erosion,noise1引言1753年，Euler曾推测出水管中某处的压强降低到某一负值时，水自管壁分离，而在该处形成一个真空空间。这是人们首次预测空化的发生。螺旋桨的空泡现象，从十九世纪末开始就引起了造船界的注意。机械工业的迅速

5、发展首先解决了高速舰船的动力学问题，各国都大速提高军舰的速度。对于当时的建造水平和技术来说，正常情况下舰船一般能达到预期的速度要求。但是1894年英国的“勇敢”号小型驱逐舰在试航的时候，突然出现主机功率、转速和航速都比初始所要设计的差了许多。此后，对螺旋桨进行了许多次的修改设计，但每次试航的结果都相差无几，甚至在尾部还出现剧烈振动。直至修改增加盘面比，其他参数不变，才达到预定的要求。[1]1897年Barnaby和Parsons在对英国鱼雷艇和“勇敢”号蒸汽机船相继发生螺旋桨效率严重下降事件进行调查之后，第一次明确地提出了空化这一概念，并指出在液体和固体间存在高速运动的场合可能出现空

6、化。由空化产生空泡，进而引发的工程问题，这促使人们加强对空化与空泡的研究。[2]在船上很多位置中都会发生空化现象，如船舶所用的螺旋桨、舵、龙骨甚至船体本身都会发生空化。而螺旋桨相对于水的局部速度最大，其空化现象最为明显。螺旋桨空泡对螺旋桨的水动力性能影响非常大，空泡所产生的脉动压力容易导致船体的严重地不规则性的振动还伴随着辐射噪声，这对有些船舶和潜器都是致命性的影响，比如在游轮上，振动和噪声会直接影响游轮舒适性以致直接影响其经济效益。军事上，为了减少舰船被敌方发现的概率，应当最大限度地降低其辐射噪声，否则将会对舰船和人员的生命安全造成严重的威胁。此外，螺旋桨上的空泡溃灭会直接剥蚀桨叶

7、破坏螺旋桨表面结构进而影响其耐腐蚀性。2空泡的概念空泡是种非常复杂的自然现象。空泡可在流体中的物体表面发生，亦可在流体中发生。螺旋桨空泡主要是指周围的水的空化产生气泡的现象。流体的空化是一种复杂的物理现象，涉及到相变、表面张力、湍流、非均匀热力学效应等问题。空化也可认为是在一定温度下由于水动力学压力的减小引起的液体的相变的流体流动现象。液体的空化不等同于沸腾。液体的沸腾是由于在一定大气压下由于温度高于沸点而引起的相变现象。而空化泡会经历发生、溃灭，其过程是