螺旋桨的工作原理

1、螺旋桨的工作原理 上次课给大家介绍了 船艇水阻力的三种主要成 分的形成原因及影响其大 小的主要因素。（那么这三 种阻力是哪三种？选其中 一种提问其成因）。我们知 道，船艇在水中运动要受 到阻力的影响。那么船艇 为什么能在水中运动？它 是靠什么推动的呢？它又 是怎样推动的呢？这就是 我们这次课要给大家介绍 的容。 我们把推动船艇运动 的装置称为推进器。推进 器的种类很多，我们常见 的有明轮推进器、喷水推 进器、平旋推进器和螺旋 桨等。目前应用最广泛的 推进器是螺旋桨，它的特 点是：推进效率高，结构 简单，工作可靠。下面我 们就来看一看 一、螺旋桨的结构、 配置和螺旋桨水流 螺旋桨由桨毂、桨叶 和

2、整流罩等组成，并通过 桨毂与尾轴相连。一般螺 旋桨有35个桨叶，有的 则多达6个。下面给大家 介绍几个有关螺旋桨的几 何名词。（结合幻灯片） 螺距一一螺旋桨绕轴 旋转一圈，沿轴向前进的 几何距离。（P） 螺旋桨按旋转方向可 分为左旋螺旋桨和右旋螺 旋桨两种，从艇尾向前看, 进车时顺时针旋转的称右 旋螺旋桨；反时针旋转的 称左旋螺旋桨。我们怎样 判断一个静止的螺旋桨是 左旋还是右旋呢？将螺旋 桨平放，从侧面看，桨叶 向右上方倾斜的为右旋螺 旋桨；桨叶向左上方倾斜 的为左旋螺旋桨。 （二）螺旋桨的配置 螺旋桨的配置一般有 单螺旋桨、双螺旋桨、三 螺旋桨和四螺旋桨等。地 方商船一般采用单螺旋 桨，且

3、多数为右旋螺旋桨； 公边船艇一般采用双螺旋 桨或四螺旋桨配置，且多 采用外旋式（即右舷安装 右旋螺旋桨，左舷安装左 旋螺旋桨；若右舷安装左 旋螺旋桨，左舷安装右旋 螺旋桨，则称为旋式）。 螺旋桨船相对较少。 （三）螺旋桨工作时 的水流 排出流、吸入流、顶 流、伴流 这四种水流只有排出 流和吸入流与螺旋桨直接 相关。而顶流和伴流则与 船艇是否对水移动有关， 只有船艇对水移动时才产 生顶流和伴流，且随艇速 增加而增大。 二、螺旋桨的推力和 阻力 （一）水翼原理 水翼从形状上可分为 机翼形水翼和弓形水翼。 船艇上的舵就属于机翼形 水翼，螺旋桨桨叶则是弓 形水翼。 当水翼与水流成一攻 角后。翼板前面压

4、力要高 于翼背面的压力，形成压 力差，使翼板前面的水流 流至尾部锐缘后转向背 面，导致翼剖面周围形成 环流。这个环流与原来的 水流形成叠加，使翼背面 水流流速大增，压力明显 下降；翼前面水流流速降 低，压力升高。从而进一 步加大了压力差，产生了 垂直于来流方向的升力和 平行于来流方向的阻力。 根据实验，可得水翼 在水中运动的升力和阻力 的公式如下： 2 升力 L=C 升SV 阻力D=C阻SV 其中： V水翼相对于水 的速度（米/秒） 2 S水翼面积（米） C升一一升力系数，是 攻角和水的密度（p）的函 数。 C阻一一阻力系数，是 攻角和水的密度（p）的函 数。 （二）螺旋桨的推力 和阻力 Wo

5、rd资料 以一片桨叶的截面为 例：当船艇静止时，螺旋 桨开始工作，把螺旋桨看 成不动，则水流以攻角a流 向桨叶，其速度为2nnr （n 为转速；r为该截面半径）。 根据水翼原理，桨叶要受 升力和阻力的作用，推动 螺旋桨前进，即推动船艇 前进。船艇运动会产生顶 流和伴流。继续把船艇看 成不动，则顶流以与艇速 大小相等，方向相反的流 速向螺旋桨流来，而伴流 则以与艇速方向相同，流 速为Ur向螺旋桨流来。通 过速度合成，我们可以得 到与螺旋桨成攻角a,向桨 叶流来的合水流。则桨叶 受到合水流升力dL和阻力 dD的作用，将升力和阻力 分解，则得到平行和垂直 dP Ur 艇首尾线的分力： dT = dL

6、 -cos 3 dD sin 3 dQ = dL -sin 3 + dD cos 3 dT使船艇前进称为推力； dQ称为横向力，即桨叶的 旋转阻力。 显然，攻角a和流入桨 叶的水流合速度 V合决定 了 T和Q的大小。通常螺 旋桨转速越高，而航速越 低，即攻角a较大时，T和 Q也越大。 设艇速V不变，如伴 流流速增加(合速度减 小),则攻角增大，推力和 阻力也大；如果螺旋桨转 速增加(合速度增加)，则 攻角增大，推力和阻力也 大。当船艇静止不动时， 螺旋桨转动时，水流攻角 很大，则推力和阻力可能 达到很大的值。阻力过大， 对主机工作不利。所以船 艇在从静止开始用车时， 不宜用高速；同理，船艇 在

7、前进中换倒车时或从后 退中换正车时，都应经过 停车阶段，让艇速下降后 再行转换，而不宜直接转 换。主要是防止出现大攻 角，产生巨大的旋转阻力， 造成主机超负荷。 下面给大家介绍一个 滑失的概念。如果螺旋桨 旋转一周，同时前进的距 离等于螺旋桨的螺距 P,设 螺旋桨转速为n,则理论前 进速度为n P。也就是说将 不产生水被螺旋桨前后拨 动的现象，然而事实上， 螺旋桨总是随船一起以低 于nP的进速Vs对水作前进 运动。那么螺旋桨旋转一 周在轴向上前进的实际距 离为hp (= Vs/n ),称为进 距。于是我们把 P与hP之 差(P hp)称为滑失。 滑失与螺距P之比为 滑失比： Sr = ( P hp) /P = (nP Vs) /nP = 1 Vs/nP 式中Vs/nP称为进距 比。 从式中可以得出，当 Vs = nP 时，S= 0。即卩 P= hp也就是螺旋桨将不产生 对水前后拨动的现象，螺 旋桨给水的推力为零。 因此我们可以得出结 论：滑失越大，滑失比越 高，则螺旋桨推水的速度 也就越高，所得到的推力 就越大。 小结 本次课介绍了螺旋桨 的结构