螺旋槳新技術(shù)

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1、蓬船技術(shù)ShipbuildingTechnology制作：大連造船重工科技部情報(bào)室日期：2003年11月7日來源《世界海運(yùn)》2002.2.提高螺旋槳效率的新方法自從船舶的推進(jìn)裝置釆用了螺旋槳后，人們就不斷地釆取了各種各樣的方式，例如用氣梨式制成氣笊船等將船的速度在過去的兒I?年甲?提高了許多，但在螺旋槳的結(jié)構(gòu)及制造方而并無突破性進(jìn)展、仍然是老樣子，只是在槳葉的數(shù)量上有少許改進(jìn)，但這都不能從根本上解決螺旋槳的效率問題。1問題的提出傳統(tǒng)的教科書均認(rèn)為，螺旋槳前后的水流可視為在一根無形的管中流動(dòng)的水流。設(shè)槳葉前的水流流速為V

2、

3、,截血積為A

4、,流體密度為?],槳葉后的水流流速為V2,截面積為A2,流體密度為?2,那么，根據(jù)流體力學(xué)原理，在單位時(shí)間內(nèi)通過兩個(gè)截面的流體質(zhì)量應(yīng)相等，所以，有?

5、V

6、A

7、=?2V2A2。乂由于?]=?2V2>V),所以，Ai>A2根據(jù)以上分析，水流經(jīng)槳葉后，流管內(nèi)市于水流的軸向速度增加，所以，流管剖面有所收縮，如圖1。流經(jīng)槳葉的水流果真像教科書所講的那樣'有所收縮’嗎？事實(shí)上，流經(jīng)槳葉后的水流變化非常復(fù)雜，絕非普通教科書所講的那樣簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)1如果我們?cè)诔靥吝叞惭b一臺(tái)抽水肌，如抽水機(jī)的出水管很短，即水流剛剛經(jīng)過葉倫就

8、不受管壁的束縛，這時(shí)候，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過葉輪的水流并不像我們想象的那樣變細(xì)，而是水流隨葉輪一起扭轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋型，向四周擴(kuò)散，呈發(fā)散狀，其截面比原來的人,A]VApo實(shí)驗(yàn)2當(dāng)你打開一臺(tái)臺(tái)式電風(fēng)扇，使其處于不擺動(dòng)狀態(tài)，人站在風(fēng)扇的對(duì)面，當(dāng)然有很大的風(fēng)，但是，當(dāng)人站在風(fēng)扇的旁邊更遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方，你仍然能感覺到有陣陣清風(fēng)掠過，并不一定要站在葉片的正對(duì)而，這也正說明風(fēng)經(jīng)葉片后向四周發(fā)散，其截而積比原來的要大，Aj

9、不適用了呢？肯定不是。其實(shí)，經(jīng)過螺旋槳加速后的水流與僅在一個(gè)方向上加速后的水流之間有很人的不同。只要我們分析一下螺旋槳的工作原理，就不難理解其屮的奧秘。實(shí)際上，主機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過軸傳遞給螺旋槳使它轉(zhuǎn)動(dòng)。流經(jīng)槳葉工作面的流體受到轉(zhuǎn)矩的作川，根據(jù)動(dòng)量矩定理，這部分流體才獲得動(dòng)量矩，所以通過螺旋槳流出的水流將順其旋轉(zhuǎn)方向扭轉(zhuǎn)。這樣，螺旋槳在工作時(shí)，除了在流體中產(chǎn)牛的軸向誘導(dǎo)速度外，還會(huì)產(chǎn)牛切向誘導(dǎo)速度。簡(jiǎn)單地講，我們可以將流經(jīng)槳葉后的水流當(dāng)作一個(gè)在做螺旋運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，如圖2。其中，Vx為軸向速度，Vy為切向速度，?為攻角，V2為合

10、成速度。圖2?圖3由圖2可以看出，真正使船獲得推力的只有VxVy是無用的。流經(jīng)槳葉后的水流很復(fù)雜，其大致的界而分布如圖3。另外，經(jīng)槳葉后水流流速沿徑向的分布是不均勻的，大致的徑向速度分布如圖4表明的,在槳葉的?R處速度達(dá)最大值，此后隨著半徑增加，速度逐漸減緩，當(dāng)徑向值超過槳葉的半徑時(shí),使得單位體積的水的質(zhì)量減少，所以，?i>?2,這樣，我們就容易理解為什么A>A,的道理了。3問題的解決通過對(duì)以上問題的分析，我們了解到螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能主要用在使水流產(chǎn)生軸向和切向的速度，然而，水流在切向獲得的動(dòng)能對(duì)船舶來說是無用的。經(jīng)

11、研究表明，螺旋槳產(chǎn)牛的動(dòng)能大約20%左右轉(zhuǎn)換咸水流在切向的動(dòng)能。那么，如何將這部分無用功轉(zhuǎn)換成推動(dòng)螺旋槳前進(jìn)的有用功呢？這對(duì)于提高螺旋槳的推進(jìn)效率將大有裨益。3.1現(xiàn)有的方法目前有一種認(rèn)可的方法是使用導(dǎo)流管，將水流在切向的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成軸向的動(dòng)能，如圖5。這種方法雖然在理論上口J行，但很少有船在實(shí)際中采用，原因一是能量轉(zhuǎn)換的效率低，從圖5中可以看出，從槳葉中排岀的水流以一定的角度流向管墜，與管壁碰撞損火一部分能量后又反射回來，相當(dāng)一部分能量在這一過程中被損失掉。第二是導(dǎo)流管龐大，設(shè)計(jì)、女裝、保養(yǎng)不便，還很容易與其他海上

12、漂浮物絞纏在一起。那么，有沒有一種方法可以將流經(jīng)螺旋槳盤而的所有水流動(dòng)能都轉(zhuǎn)換成在軸向的動(dòng)能呢？卜而介紹一種可行的方法供同行們參考。3.2新的方法我們可以這樣設(shè)想：將螺旋槳的每一片槳葉的末端都彎成90°的光滑弧型，并適當(dāng)加長(zhǎng)，這樣，當(dāng)螺旋槳在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，部分隨槳葉扭轉(zhuǎn)向徑向運(yùn)動(dòng)的水流會(huì)通過90°的光滑惻弧，平滑地改變水流方向，向軸向流去，從而有效地增加螺旋槳的推力，如圖6。實(shí)驗(yàn)證明，這一方法是切實(shí)可行的。我們通過在水池屮對(duì)相同直徑，相同轉(zhuǎn)速的螺旋槳產(chǎn)生的推力測(cè)定表明，采用新方法制成的螺旋槳產(chǎn)生的推力比原螺旋槳產(chǎn)生的推力增加

13、15%?18%,根據(jù)螺旋槳的基本理論，螺旋槳的推進(jìn)效率H二RV/2"Q,即〃與阻力R（當(dāng)船以速度V前進(jìn)時(shí)，阻力R與推力T相等）成正比，也就是船舶的推進(jìn)效率也會(huì)相應(yīng)提高15%?18%,從而人大地提陽了螺旋槳的推進(jìn)效率。該方法與傳統(tǒng)的導(dǎo)流管等方法相比較，具有設(shè)計(jì)合理，制作簡(jiǎn)便，能量轉(zhuǎn)換率高等優(yōu)點(diǎn)。