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1、第卷第期武汉水利电力大学学报年月吕组合型叶片结构的制作工艺及性能分析袁文阳水力发电工程系,并对该摘要介绍了一种组合型叶片结构组合型螺旋桨的制作工艺型螺旋桨进行了流体力—,,学性能分析在强度计算方法的基础上提出了桨叶厚度估算法并结合实船算例和使用情况作了说明关键词叶片整体型组合结构中·图法分类号前言,、、、以及鼓风工程中叶片结构有许多种如水轮机叶片汽轮机叶片飞机或船舶的螺旋桨机、电风扇、叶,片泵等这些叶片结构的基本形式是叶片与轴毅的结合叶片是工作部件轴毅是基础部件或力传递部件叶片结构的形成工艺有整体铸造式和分体组合式两
2、种整体铸造式,是指叶片和轴毅通过铸造使之形成一个整体如某些水轮机叶片结构和大多数船舶螺旋桨结、、,构分体组合式是指叶片和轴毅之间用嵌入螺栓固定焊接等方法使之形成一个整体如汽轮机叶片、电风扇等,整体铸造式叶片结构简称整体型由于其外形和叶切面的几何尺寸准确度较高所以能够有效地保证叶片的流体力学性能和机械强度性能但又有工艺过程复杂、精度要求难以达到,,的缺点因而分体组合式叶片结构简称组合型或组合结构才有了在叶片结构领域的一席之地模具锻造法的应用,本文主要针对船舶螺旋桨的组合型其制作的关键在于叶片的成形因叶片是不可展曲面,所
3、以必须,用柔韧性和可焊性较好的钢板进行热加工才可得到所要求的形状螺旋桨通常,,,不是批量生产的所以不可能有特殊的模压设备来使之一次成形只能采用模具锻造法这种方法经实践证,,明具有良好的工艺简化性和几何尺寸准确性螺旋桨桨叶是螺旋面的一部分,所以模具的制作依据螺旋面的形成理论用一组共轴等距的圆柱面所截桨叶的切面表征桨叶,刀,的形成通常一组共轴圆柱面的各半径之差为为螺旋桨的设计半径即共轴圆柱面,,一,一几⋯,尹。一几的半径依次为,一组共轴圆柱面的每一个圆柱面对应一个螺距三角形这就是模具的基本构件螺距,以桨叶中心线为基—准,
4、三角板在每一个半径处都用一定厚度的钢板制成螺距三角板按半,才到从小到大的顺序排列成共轴圆柱面底边焊接于一块事先绘好桨叶中心线和共轴圆柱面投袁,男,,‘文阳讲师武汉水利电力大学水力发电工程系©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期袁文阳组合型叶片结构的制作土艺及性能分析影平,面子午线的平板上即制成了一副模具,,把叶片钢板加热后在模具上进行常规锻工工艺操作即可制成螺旋桨桨叶
5、将其焊接于已,,车制好的轴毅上即得到了一个螺旋桨毛坯而后再进行精加工性能分析按船舶推进理论,设计的整体型螺旋桨其桨叶截面是机翼形和弓形其设计螺距指的是叶面截,,面的下缘的螺距称为面螺距对应于机翼弦线的螺距则称为几何螺距显然几何螺距,,要比面螺距大用同一张设计图制作的组合型螺旋桨桨叶截面是等厚度的平板翼形其流体,,动力性能显然不如机翼形截面但对于螺旋桨这个特殊结构而言还应考虑其他性能的比较以考察综合效应,由于受试验条件的限制本文仅能用现有的理论进行定性的分析升力系数机翼形,和弓形截面在流体力学中称为流线形翼型平板形翼型
6、则属于非流线形翼型衡量,、,翼型的流体动力性能有个指标即升力阻力和俯仰力矩而这项内容又主要取决于升力。,。,,,系数阻力系数力矩系数断由和凸决定的阻力成份较为复杂牵涉到更多的流体力学内容,,和具体实验在此不予细述仅就的情况进行分析事实上阻力性能与升力性能是类似的,具有同样升力性能的翼,型其阻力性能也相近一般根据,环流理论可计算螺旋桨各半径处的切面升力系数,值但也可由机翼理论采用,近似计算其表达式为,一、,,,、,,式中几为升力拱度系数介为截面的最大拱度与弦长之比为攻角即翼型弦向与流体运动方向的夹角,,上式表明翼型的切
7、面升力系数,由两部分组成一部分正比于最大拱度一部分正比于,攻角整体型桨叶按设计理论确定拱度其攻角是面螺距的螺距角组合型桨叶的平板截面拱度,,为零其攻角是几何螺距角可以这样认为平板翼型截面在拱度上损失的份额在攻角上得,,,到了一定的补偿从实船使用情况看螺旋桨的推力没有明显变化航速基本相同亦即表明,平板翼型截面的流体动力性能理论上与机翼流线形截面相比有差别但在螺旋桨的实际应用上差别不大空泡,,空泡现象是流体力学所研究的重要问题之一螺旋桨在水中高速运转会有空泡发生空泡现象的两个主要表征数为减压系数言和空泡数减压系数言是与流
8、体速度、翼型截面形、,、、、状攻角有关的量空泡数是与水静压力水汽化压力水的密度水流速度有关的量空泡现象发生的条件是言妻。一,,,,进行螺旋桨设讨时必须进行空泡校验显然不同的桨叶截面有不同的减压系数因空泡而,,受到的推力损失和材料损失就有所不同文献五炎到机翼形截面比弓形截面更易产生空泡,,而对于组合型桨叶其平板形截面介于机翼形和弓形之间其厚度比设
