螺旋桨新技术.doc

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1、莲船技术ShipbuildingTechnology.制作：大连造船重工科技部情报室日期：2003年11月7日来源《世界海运》2002.2.提高螺旋桨效率的新方法S自从船舶的推进装置采用了螺旋桨后，人们就不断地采取了各种各样的方式，例如用气垫式制成气垫船等将船的速度在过去的几十年里提高了许多，但在螺旋桨的结构及制造方而并无突破性进展、仍然是老样子，只是在桨叶的数量上有少许改进，但这都不能从根本上解决螺旋桨的效率问题。1问题的提出传统的教科书均认为，螺旋桨前后的水流可视为在一根无形的管中流动的水流。设桨叶前的水流流速为V

2、,截面积为A

3、,流

4、体密度为・

5、,桨叶后的水流流速为V2，截面积为A2,流体密度为・2,那么，根据流体力学原理，在旳位时间内通过两个截而的流体质量应相等，所以，有-2V2A2o又山于・]=・2V2>V„所以，Aj>A2根据以上分析，水流经桨叶后，流管内山于水流的轴向速度增加，所以，流管剖而有所收缩,如图1。流经桨叶的水流果真像教科书所讲的那样'有所收缩’吗？事实上，流经桨叶后的水流变化非常复杂，绝非普通教科书所讲的那样简片。实验1如果我们在池塘边安装一台抽水肌，如抽水机的岀水管很短，即水流刚刚经过叶轮就不受管壁的束缚，这时候，我们就会发现经过叶轮的水流并不像

6、我们想象的那样变细，而是水流随叶轮一起扭转，英运动轨迹为螺旋型，向山周扩散，呈发散状，其截面比原來的大,A]

7、

8、流之间有很大的不同。只要我们分析一下螺旋桨的工作原理，就不难理解其中的奥秘。实际上，主机的转矩通过轴传递给螺旋桨使它转动。流经桨叶工作面的流体受到转矩的作用，根据动量矩定理，这部分流体才获得动量矩，所以通过螺旋桨流出的水流将顺英旋转方向扭转。这样，螺旋桨在工作时，除了在流体中产生的轴向诱导速度外，述会产生切向诱导速度。简单地讲，我们可以将流经桨叶后的水流当作一个在做螺旋运动的质点，如图2o其中，Vx为轴向速度，Vy为切向速度，•为攻角，V2为合成速度。图2图3山图2可以看出，真正使船获得推力的只有VxVy是无用的。流经桨叶后的水流很复杂，

9、其大致的界而分布如图3。另外，经桨叶后水流流速沿径向的分布是不均匀的，大致的径向速度分布如图4表明的,在桨叶的・R处速度达报大值，此后随看半径增加，速度逐渐减缓，为径向值超过桨叶的半径时，速度迅速减少,还有，山于螺旋桨的快速转动，使桨叶后的水流翻滚，产生大量的气泡，使得单位体积的水的质量减少，所以，・i>・2,这样，我们就容易理解为什么A>A,的道理了。3问题的解决通过对以上问题的分析，我们了解到螺旋桨转动产生的动能主要用在使水流产生轴向和切向的速度，然

10、佃，水流在切向获得的动能对船舶来说是尢用的。经研究农明，螺旋桨产生的动能大约20%左

11、右转换咸水流在切向的动能。那么，如何将这部分无用功转换成推动螺旋桨前进的有用功呢？这对于提高螺旋桨的推进效率将大有裨益。3.1现有的方法目前有一种认可的方法是使用导流管，将水流在切向的部分动能转化成轴向的动能，如图5。这种方法虽然在理论上可行，但很少有船在实际中采用，原因一•是能量转换的效率低，从图5中可以看出，从桨叶中排岀的水流以-淀的角度流向管壁，与管舉碰撞损失一部分能量后又反射冋來，相当一部分能量在这一过程中被损失掉。第二是导流管庞大，设计、安装、保养不便，还很容易与英他海上漂浮物绞缠在-泡。那么，有没有一种方法可以将流经螺旋桨盘面

12、的所有水流动能都转换成在轴向的动能呢？下面介绍一种对行的方法供同行们参考。3.2新的方法我们可以这样设想：将螺旋桨的每一片桨叶的末端都弯成90°的光滑弧型，并适当加长，这样，当螺旋桨在转动时，部分随桨叶扭转向径向运动的水流会通过90°的光滑圆弧，平滑地改变水流方向，向轴向流去，从而有效地增加螺旋桨的推力，如图6。实验证明，这一方法是切实可行的。我们通过在水池中对相同直径，相同转速的螺旋桨产生的推力测定表明，采用新方法制成的螺旋桨产生的推力比原螺旋桨产生的推力增加15%〜18%,根据螺旋桨的基本理论，螺旋桨的推进效率n=RV/2篦nQ,即4

13、与阻力R（当船以速度V前进吋，阻力R与推力卩相等）成止比，也就是船舶的推进效率也会相应提高15%〜18%,从而大大地提高了螺旋桨的推进效率。该方法与传统的导流管等方法相比较，具有设计合理，制作