船舶推进概念.doc
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1-1推进器：在船上需设有把能源（发动机）发出的功率转换为推船前进的功率的专门的装置或机构1-2快速性：指船舶在给定主机功率情况下，在一定装载下（以一定的航速航行的能力）于水中航行的快慢问题1-3对快速性的要求四方面：①船舶于航行时所遭受的阻力要小，即所谓的优良线型的选择问题②选择推力足够，且效率高的推进器③选取合适的主机④推进器与船体和主机之间协调一致1-4推进器类型及特点：①螺旋桨：构造简单、价格低廉、使用方便、效率较高②风帆：可利用无代价的风力，但推力依赖于风向和风力，故船的速度和操纵性能都受到限制③明轮：机构笨重，在波涛中操纵性差且易损坏④直叶推进器：操纵性能好，效率较高，汹涌海面下，工作情况也较好，但机构复杂，造价昂贵，叶片易损坏⑤喷水推进器：具有良好的保护性，操纵性能好，但减少了船的有效载重，且推进效率低⑥水力锥形推进器：构造简单，设备轻便，常用于航行在浅水及阻塞航道中的船1-5有效功率（推进器所产生的实际有效功率）：船以速度v航行时所遭受的阻力为R，则阻力R在单位时间内所消耗的功为Rv，而有效推力Te在单位时间内所作的功为Tev，两者数值相等，故Tev（或Rv）为有效功率PE。
1-6推进系数PC：有效功率与主机功率之比，为多种效率相乘之综合名称，通常可以表示用某种机器及推进器以推进船舶之全面性能，推进系数越高，船舶的推进性能越好1-7本课程主要研究：推进器在水中运动时产生推力的基本原理以及它的性能好坏（效率高低）等问题，然后解决如何根据实际的要求设计出一个性能优良的推进器问题①推进器（效率、空泡、强度、振动）②船-桨-机配合问题③螺旋桨设计2-1 螺旋桨各部分名称（通常由桨叶和桨毂构成）：①桨毂：螺旋桨与尾轴连接部分②毂帽：为减小水阻力，在桨毂后端加的整流罩，与桨毂形成一光顺流线型体③叶面及叶背：由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面为叶面，另一面为叶背④叶根：桨叶与毂连接处⑤叶梢：桨叶的外端⑥导边及随边：螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者为导边，另一边为随边⑦梢圆：螺旋桨旋转时（设无前后运动）叶梢的圆形轨迹⑧螺旋桨直径D：梢圆的直径⑨螺旋桨的盘面积Ao：梢圆的面积⑩右（左）旋桨：当螺旋桨正车旋转时，由船后向前看去所见到的旋转方向为顺时针者为右旋桨，反之为左旋桨2-2 螺距P：母线绕行一周在轴向前进的距离①若母线为直线且垂直于轴线，则形成的螺旋面为正螺旋面②若母线为直线但不垂直于轴线，则形成斜螺旋面③当母线为曲线时，则形成扭曲的螺旋面。
2-3节线及螺旋线：将半径为R的圆柱面展成平面，则为一底边长2πR高为P的矩形，螺旋线变为的斜线（矩形的对角线）为节线母线上任意一固定点在运动过程中所形成的轨迹，或任意共轴圆柱面与螺旋面相交的交线为螺旋线2-4螺距角θ：节线与底边间的夹角，tanθ=P/2πR2-5螺旋桨的螺距：①等螺距螺旋桨（r1
拱线到内弦线的最大垂直距离为切面的拱度，以fM表示fM与弦长b之比为切面的拱度比f=fM/b2-12桨叶（叶面或辐射）参考线：叶面中间的一根母线作为图的参考线2-13纵斜角ε：若为斜螺旋面，参考线与轴线的垂线成的夹角纵斜zR：参考线线段在轴线上的投影长度（纵斜螺旋桨一般向后倾斜，可增大桨叶与尾框架或船体间的间隙，以减小螺旋桨诱导的船体振动但纵斜不宜过大，会因离心力而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶强度不利）推荐精选2-14投影轮廓：桨叶在垂直于桨轴的平面上的投影为正投影，其外形轮廓为投影轮廓投影轮廓对称与参考线的为对称叶形，反之为不对称叶形投射面积AP：螺旋桨所有桨叶投影轮廓包含面积的总和2-15 伸张轮廓：将各半径处共轴圆柱面与桨叶相截的各切面展成平面后，以其弦长置于相应半径的水平线上，并光顺连接端点所得之轮廓伸张面积AE：螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积的总和2-16 展开轮廓：将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓展开面积AD：各桨叶展开轮廓所包含面积的总和2-17 三种面比：①投射面比：投射面积AP与盘面积Ao之比②伸张面比：伸张面积AE与盘面积Ao之比③展开面比：展开面积AD与盘面积Ao之比（伸张面积和展开面积极为接近，均为叶面积，伸张面比和展开面比均称盘面比或叶面比。
盘面比大小表示桨叶的宽窄，相同叶数下，盘面比越大，桨叶越宽）2-18侧斜XS及侧斜角θS:不对称桨叶的叶梢与参考线间的距离为侧斜XS，相应角度为侧斜角θS桨叶的侧斜方向一般与螺旋桨的转向相反，合理选择侧斜可明显减缓旋桨诱导的船体振动）2-19叶根厚度：与桨毂相连处的切面最大厚度2-20叶厚分数：叶面参考线与最大厚度线的延长线在轴线上的交点的距离t0与直径D之比2-21桨毂直径（毂径）：叶面参考线与桨毂表面相交处至轴线距离的两倍，以d来表示2-22毂径比：毂径d与螺旋桨直径D之比2-23 桨叶的平均宽度bm：表示桨叶的宽窄，bm=AE/Z(R-d/2)，Z为叶数或平均宽度比，bm /D2-24正（斜）螺旋面：侧视图上，参考线与轴线垂直的螺旋桨叶面为正若参考线与轴线的垂线成角度为斜2-25侧投影：桨叶与平行于包含轴线和叶面参考线的平面上的投影正投影：桨叶在垂直于桨轴平面上的投影2-26最大厚度线：该线与参考线之间的轴向距离t表示该半径处叶切面的最大厚度，它仅表示不同半径处切面最大厚度沿径向的分布情况，不表示最大厚度沿切面弦向的位置2-27螺旋桨参数的选择：从效率（增加D提高效率，在其他条件一定时，叶数越少效率越高）、振动（在其他条件一定时，叶数越多振动越小）两方面。
直径D，叶数Z，毂径比dh/D，螺距比P/D，盘面比（伸张面积比），投射面积比，展开面积比，纵斜zR，纵斜角ε，侧斜XS，叶厚比δ3-1推进器理论（研究螺旋桨的方法）：㈠动量理论：螺旋桨的推力乃因其工作时水产生动量变化所致，可通过水的动量变更率来计算推力，包括①理想推进器理论②理想螺旋桨理论㈡叶元体理论：研究每一叶原体所受的力，据以计算整个螺旋桨的推力和转矩㈢螺旋桨环流理论：应用机翼理论解释叶原体的受力与水之速度变更关系，包括①升力线理论②升力面理论③面元法3-2诱导速度：推进器拨水向后来产生推力，而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度，即诱导速度3-3理想推进器假设：①推进器为一轴向尺度趋近于零、水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后，称为鼓动盘（具有吸收外来功率并推水向后的功能）②水流速度和压力在盘面上均匀分布③水为不可压缩的理想流体根据以上假定得到的推进器理论为理想推进器理论（可用于螺旋桨、明轮、喷水推进器等，差别在于推进器区域内的水流断面的取法不同）3-4理想推进器效率ηiA：有效功率和消耗功率之比3-5推进器的载荷系数σT：σT越小效率越高在推力Ti和速度VA一定的条件下，增大盘面积Ao来减小载荷系数，对螺旋桨来说需增大直径D，从而提高效率。
3-6理想螺旋桨理论：在理想流体中工作的具有无限叶数的螺旋桨，除产生轴向诱导速度外还产生周向诱导速度，其方向与螺旋桨旋转方向相同，两者合成作用表现为水流经过螺旋桨盘面后有扭转现象3-7理想螺旋桨效率ηi=ηiAηiT：所做的有用功与吸收功率的比值，理想螺旋桨的轴向诱导效率(理想推进器效率)ηiA与理想螺旋桨的周向诱导效率ηiT之积由于实际螺旋桨后的尾流旋转，故理想螺旋桨效率η推荐精选i（只有在各半径出的dr圆环对应的ηi都相等时，ηi才是整个理想螺旋桨效率）总是小于理想推进器效率ηiA3-8螺旋桨操作时周围水流情况：轴向诱导速度自桨盘远前方的零值起逐渐增加，至桨盘远后方处达到最大值，而在盘面处的轴向诱导速度等于远后方处的一半周向诱导速度在桨盘前并不存在，而在桨盘后立即达到最大值，桨盘处的周向诱导速度是后方的一半3-9速度多角形：①盘面半径r处：远前方，盘面处及远后方的水流速度（相对于半径r处的圆环）②叶元体：叶元体固定不动，而水流以轴向速度VA和周向速度2πnr流向桨叶切面，轴向诱导速度ua/2与迎流水面的轴向速度VA相同，周向诱导速度ut/2与周向速度2πnr相反螺旋桨本身前进速度VA及旋转速度2πnr，轴向诱导速度与螺旋桨前进方向相反，周向诱导速度与螺旋桨旋转方向相同）。
3-10速度多角形中的名称：θ为叶元体的倾斜角即螺距角，β为进角，βi为水动力螺距角，VR为相对来流的合成速度可知，水流以速度VR，攻角αK流向桨叶切面3-11附着涡：对于二因次机翼，可用环量为г的一根无限长的涡线来代替机翼，这根涡线为附着涡3-12叶元体效率ηor=ηiAηiTηε：ηε叶元体结构效率，影响因素：轴向诱导速度，周向诱导速度（速度越大，效率越低），推力负荷系数（推力增加效率降低），桨盘上的半径即盘面积（盘面积增加，效率增高），叶元体的阻升比和水动力螺旋角（阻升比越小，效率越高）3-13螺旋桨的水动力性能：一定几何形体的螺旋桨在水中运动时所产生的推力、消耗的转矩和效率与其运动（进速VA和转速n）间的关系3-14进程hp：hp=VA/n滑脱(P-hp)其大小表示桨叶剖面（叶元体）的攻角大小，即负荷的大小，滑脱比s：s=(P-hp)/P=1-VA/Pn进速系数J：J=hp/D=VA/nD=P(1-s)/D3-15滑脱比s对螺旋桨性能的影响：在螺距一定的情况下，若不考虑诱导速度，则s的大小标志着攻角α’K的大小，s大（J小）则攻角大，若转速一定，则螺旋桨的推力和转矩亦大3-16进速系数J对螺旋桨性能的影响：㈠当J=0，进速为零，即螺旋桨只旋转不前进（船舶系柱情况），升力与推力重合，各叶元体具有最大攻角，推力和转矩都达到最大值㈡当转速不变，随着进速的增加，J增加，攻角减小，推力和转矩相应减小。
当J增加到某一数值时，螺旋桨发出的推力为零，其实质乃水流以某一负几何攻角与叶元体相遇，此时叶元体上的升力dL及阻力dD在轴向的分力大小相等方向相反，故叶元体的推力为零，此时叶元体仍遭受旋转阻力螺旋桨再不发生推力时旋转一周所前进的距离为无推力进程P1（实效螺距）㈢若J再增至某一值，螺旋桨不遭受旋转阻力，其实质乃升力dL及阻力dD在周向的分力大小相等方向相反，故旋转阻力为零，此时螺旋桨产生负推力螺旋桨再不遭受旋转阻力时旋转一周所前进的距离为无转矩进程P2（无转矩螺距）3-17实效滑脱比s1：P2>P1>P，船舶航行时，螺旋桨必须产生向前的推力来克服船阻力，故螺旋桨实际操作时转一周前进的距离hp小于实效螺距P1实效滑脱（P1-hp），实效滑脱比s1=（P1-hp）/ P1=1- VA/ P1n3-18螺旋桨敞水效率η0：η0=KTJ/KQ2π3-19螺旋桨敞水性征曲线：对于几何形状一定的螺旋桨而言，推力系数KT、转矩系数KQ及效率η0仅与进速系数J（或滑脱比s）有关，KT、KQ、η0对J之曲线为螺旋桨性征曲线，又因讨论的是孤立螺旋桨（未考虑船。
