推进第3章-螺旋桨基础理论课件.ppt

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1、第三章螺旋桨基础理论﹙TheoryofPropellerAction﹚§3-0螺旋桨理论概述一.动量理论﹙Momentumtheory﹚不考虑推进器的几何形状，考虑了流场的变化。1.理想推进器理论：1889年傅汝德运用动量定理解释鼓动盘前后轴向流体速度之间的关系。2.理想螺旋桨理论：1920年贝兹运用动量矩定理解释鼓动盘前后轴向及周向流体速度之间的关系。二．叶元体理论﹙Blade-elementtheory﹚考虑了推进器的几何形状，不考虑流场的变化。1878年傅汝德不考虑周围流场的变化，认为桨叶由孤立叶元体组成，求出各叶元体上的作用

2、力，沿桨叶径向积分，以求出桨叶及整个螺旋桨的作用力。三．环流理论（涡旋理论）Circulationorvortextheory将周围流场与桨叶作用力结合起来考虑。1.无限叶数涡旋理论：1912年，儒可夫斯基发展的，Z＝∞2.升力线理论：1952年Lerbs根据流体力学机翼升力线理论引伸而来,它以许多能产生升力的涡线（升力线）代替桨叶的作用，升力线产生的速度场与螺旋桨周围的速度场等效。3.升力面理论：1944年Ludwig考虑宽叶螺旋桨的负荷弦向分布而发展的。实用上：升力线理论+升力面修正。§3-1理想推进器理论一．概念：1.什么是理想推

3、进器：推进器为一直径为D的没有厚度的圆盘面，此盘面具有吸收外来功率并推水使其获得轴向诱导速度的功能，这样一个被理想化了的推进器称之为理想推进器，又称鼓动盘。2.什么是理想推进器理论：在以下几个假定前提下，运用动量定理得到的推进器理论称之为理想推进器理论。基本假定：（1）不计推进器的尺度、形状，只考虑鼓动盘面积（2）在鼓动盘盘面上压力与速度均匀分布（3）理想推进器只考虑轴向诱导速度,而忽略了周向和径向诱导速度和（4）鼓动盘工作于无限深广的理想流体中，即不计粘性、无旋、不计边界的影响。3.运动模型及力学模型压力变化曲线：压力突变是由于推进器

4、的作用吸收的能量速度变化曲线：速度保持连续变化﹙紧前方和紧后方一样﹚二.理想推进器的推力及诱导速度1.单位时间内流过鼓动盘（面积为A0）的流体质量：2．远前方AA1断面处流入的单位时间内的动量：远后方CC1断面处流出的单位时间内的动量：AA1至CC1流管中单位时间内流体动量的增量：3．根据动量定理：作用于流体上的力等于单位时间内流体动量的增量：﹙1﹚4．在远前方及盘面紧前方运用柏努利方程：（2）在盘面紧后方及远后方运用柏努利方程：（3）（4）将（2）、（3）式代入（4）式得：（5）5．将（1）式与（5）式对比得到盘面处的诱导速度：（6）

5、其中：————盘面处流体的轴向诱导速度————远后方流体的轴向诱导速度----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------（1）（5）三.理想效率1．定义：理想推进器的效率称之为理想效率。2．理想效率的表达式：有效功率：推进器在静止流场中以速度VA前进产生推力Ti，则有效功率为：消耗功率：有效功率＋单位时间损失的动能而单位时间损失的动能为静止流体单位时间内

6、得到的动能为由（1）式得：则消耗功率为：理想效率为：（7）将（5）式看作为的一元二次方程，有：求解得：将（8）式代入（7）式得到：（9）（9）式为以盘面积A0表达的理想效率的表达式。（8）令载荷系数则（10）式为以载荷系数表达的理想效率的表达式。另外，我们可以推导以尾流截面积A1表达的理想效率的表达式：根据在盘面处BB1与尾流截面处CC1运用连续性方程，即单位时间内流入BB1截面的质量与单位时间内流出CC1截面的流体质量相等。（10）其中：A0――鼓动盘盘面积A1――尾流截面面积由（5）式：(11)将（11）式看作为是的一元二次方程：求

7、解：将（12）式代入（7）式得：(13)(13)式是以尾流截面面积A1表达的理想效率的表达式。(12)四.结论：1．与是共存的。由（5）式，才有理想推力；否则，，；↗，↗。2．盘面处诱导速度等于远后方诱导速度的一半。由（6）式，3．理想推进器的效率也总是小于1的一个值。4．诱导速度越大则理想效率将下降。由（7）式：↗，↙5．推进器的直径越大，效率将越高。由（9）式，当Ti，VA一定时，A0↗即D↗，则↗6．载荷系数越大则理想效率将越低。由（10）式，↙，则↗7．尾流截面面积越大，则理想效率将越高。由（13）式，当Ti，VA一定时，A1↗

8、，则↗而在实际状况下，尾流通常都是要收缩的，即A1↙，为了不至于使尾流收缩，人为地加上导流管，以防止尾流的收缩，提高推进器的效率，这也就是导管螺旋桨产生的理论依据。§3-2理想螺旋桨理论一.概述1．什么是理