船舶推進思考題、習題cyb整理版.docx

船舶推進思考題、習題1、試說明船舶推進器的作用。答：把能源（發(fā)動機）發(fā)出的功率轉換為推船前進的功率。2、常用螺旋槳推進器有哪些。他們各有什么優(yōu)點？答：螺旋槳：構造簡單、造價低廉、使用方便、效率較高，是目前應用最廣的推進器。風帆：節(jié)省能源明輪：邊輪增大船寬，對橫穩(wěn)性有利。直葉推進器：裝有直葉推進器船舶的操縱性能良好，且在船舶倒退時也無須逆轉主機。效率較高，在洶濤海面下，工作情況也較好。噴水推進器：推進器的活動部分在船體內(nèi)部，具有良好的保護性，操縱性能良好。水力錐形推進器：構造簡單，設備輕便，效率較一般噴水推進器為高。3、用文字或作圖說明下列名詞的意義：槳轂、槳葉、轂帽、葉面、葉背、葉梢、葉根、隨邊、導邊、梢圓、螺旋槳直徑、盤面積、伸張輪廓、展開輪廓、伸張面積、展開面積、盤面比、側斜、縱斜、右旋、外旋。答：槳轂：螺旋槳與尾軸連接部分稱為槳轂。槳葉：轂帽：為了減小水阻力，在槳轂后端加一整流罩，與槳轂形成一光順流線形體，稱為轂帽。葉面：由船尾后向前看時所見到的螺旋槳槳葉的一面稱為葉面。葉背：由船尾后向前看時所見到的螺旋槳槳葉的另一面稱為葉背。葉梢：槳葉的外端稱為葉梢。葉根：槳葉與轂連接處稱為葉根。隨邊：螺旋槳正車旋轉時槳葉邊緣在后面者稱為隨邊。導邊：螺旋槳正車旋轉時槳葉邊緣在前面者稱為導邊。梢圓：螺旋槳旋轉時葉梢的圓形軌跡稱為梢圓。螺旋槳直徑：梢圓的直徑稱為螺旋槳直徑。盤面積：梢圓的面積稱為螺旋槳的盤面積。伸張輪廓：將各半徑處共軸圓柱面與槳葉相截的各切面展成平面后，以其弦長置于相應半徑的水平線上，并光順連接端點所得到的輪廓稱為伸張輪廓。展開輪廓：將槳葉葉面近似展放在平面上所得的輪廓稱為展開輪廓。伸張面積：螺旋槳各葉伸張輪廓所包含的面積的總和稱為伸張面積。展開面積：各槳葉展開輪廓所包含面積的綜合稱為展開面積。盤面比：伸張面積與盤面積之比稱為伸張面比，展開面積與盤面積之比稱為展開面比，伸張面比和展開面比均可稱為盤面比或葉面比。側斜：不對稱槳葉的葉梢與參考線間的距離稱為側斜?？v斜：參考線線段在軸線上的投影長度稱為縱斜。右旋：當螺旋槳正車旋轉時，由船后向前看去所見到的旋轉方向為順時針者稱為右旋。外旋：裝于船尾兩側的螺旋槳，在正車旋轉時其下部向船的中線方向轉動者稱為外旋槳。4、槳葉的幾何特征有哪些？答：槳葉切面，槳葉的外形輪廓：伸張輪廓、展開輪廓，槳葉的面積。5、葉切面的幾何特性有哪些，請說明其含義。答：葉切面：與螺旋槳共軸的圓柱面和槳葉相截所得的截面槳葉切面的形狀：弓形、機翼形、梭形、月牙形葉切面外弦：葉面外切線葉切面內(nèi)弦：導邊和隨邊的連線葉切面厚度：垂直于所取弦線方向與切面上、下交點的距離葉厚t：切面的最大厚度葉厚比：t/b（b：切面弦長）拱線（中線）：切面的中線或平均線拱度：拱線到內(nèi)弦線的最大垂直距離6、已知某螺旋槳0.7R處的螺距角為20，求該螺旋槳的螺距比。答：由于：，即7、某試驗船螺旋槳D=0.8米，P/D=1.016，在靜水中試航，當轉速N=1500rpm時，已知盤面處進速=14m/s，而螺旋槳為一股向后移動且旋轉的水流，在其后方達到穩(wěn)定最大值，測得其軸向速度=2.44m/s，旋轉角速度。該螺旋槳為等螺距螺旋槳。試求該槳半徑為0.7R（R為梢圓半徑）處水流的合速度及其該切面的攻角。答：半徑為0.7R處水流的合速：水動力螺距角螺距角攻角8、試證明下列關系式：答：見書P18-P209、什么是理想推進器，什么是理想螺旋槳？答：理想推進器有如下特征：幾何特征：推進器的軸向尺度趨于零、僅為一薄盤面、水可以自由通過且可以吸收外來功率并具有推水向后的功能。運動特征：沿盤面上的流體速度和壓力均勻分布。流體性質(zhì)：流體為不可壓縮理想流體。理想螺旋槳的特征：除了理想推進器的特征外，理想螺旋槳具有使水流作周向運動的功能。10、畫出螺旋槳在半徑為r的葉切面處遠前方、盤面處和遠后方的速度三角形并說明三種三角形的意義。答：見書P2211、說明螺旋槳的滑脫、滑脫比、進程、進速系數(shù)的意義。答：滑脫：螺旋槳螺距與進程之差滑脫比：進程：螺旋槳旋轉一周在軸向所前進的距離進速系數(shù)：12、用圖說明零推力、零升力和零轉矩的來流速度和作用力的關系。答：見書P27-P2813、證明下列關系式：，答：見書P21-P2214、螺旋槳敞水試驗的目的是什么？答：（1）進行系列試驗，將所得結果分析整理后繪制成專門圖譜，供設計使用。（2）根據(jù)系列試驗的結果，可以系統(tǒng)的分析螺旋槳各種幾何要素對性能的影響，以供設計時正確選擇各種參數(shù)之用，并為改善螺旋槳性能指出方向。（3）它是校核和驗證理論方法必不可少的手段。（4）為配合自航試驗而進行同一螺旋槳模型的敞水試驗，以分析推進效率成分，比較各種設計方案的優(yōu)劣，便于選擇最佳的螺旋槳。15、用量綱分析法證明：答：見書P31-P3216、敞水螺旋槳模型試驗應滿足什么條件才能實現(xiàn)全相似？技術上能滿足的是什么相似條件？答：進速系數(shù)、雷諾數(shù)和傅氏數(shù)等三個參數(shù)是槳模與實槳符合全相似條件必須滿足的條件。技術上只能滿足進速系數(shù)相等（運動相似）的條件。17、什么是尺度作用？它與雷諾數(shù)有何關系？答：因雷諾數(shù)不同而對螺旋槳性能的影響通常稱為尺度作用。與雷諾數(shù)的關系見書P3418、請說明伴流的定義和成因。答：伴流定義：由于船體在水中航行而帶動的一股伴隨船體周圍的水流。伴流的成因：（1）船在水中以一定速度向前航行時引起首尾處的水流具有向前速度，產(chǎn)生正伴流；而在舷側處水流具有向后的速度，形成負伴流。由此形成的伴流稱為形勢伴流或勢伴流。（2）由于水的粘性作用沿船體表面形成邊界層，邊界層內(nèi)水質(zhì)點具有向前速度，形成正伴流，通常稱為摩擦伴流。摩擦伴流通常為總伴流的主要部分。（3）由于船體本身的興波作用而形成的伴流稱為興波伴流。19、什么是伴流分數(shù)？答：伴流速度u與船速V的比值w。20、在螺旋槳設計中是怎樣考慮伴流對螺旋槳性能的影響的？答：在用等推力法確定實效伴流的情況下，船體（伴流）對螺旋槳性能的影響可以歸結為：（1）確定平均實效伴流速度u，據(jù)此可以建立螺旋槳進速與船速之間的關系，即，或以伴流分數(shù)w來表示，則。（2）伴流不均勻性的影響，即相對旋轉效率。21、什么是標稱伴流和實效伴流？他們在測定方法上有什么不同？答：標稱伴流：用各種流速儀所測定的螺旋槳盤面處水流速度。實效伴流：根據(jù)船后螺旋槳試驗或自航試驗結果與螺旋槳敞水試驗結果比較分析得出的伴流。這兩種方法的差別在于是否考慮螺旋槳工作的影響。由于螺旋槳在船后工作，以實效伴流分數(shù)來計算螺旋槳的進速比較合理，通常說的伴流分數(shù)是指實效伴流分數(shù)。22、說明相對旋轉效率的定義和意義。答：相對旋轉效率，其中為螺旋槳敞水中的轉矩，為同一轉速下船后螺旋槳的轉矩。相對旋轉效率體現(xiàn)了伴流不均勻性對螺旋槳的影響。23、說明推力減額的成因。答：螺旋槳的抽吸作用導致槳盤前方流速增加進而引起船體的摩擦阻力和粘壓阻力增加。由于這樣一種螺旋槳在船后工作時引起的船體附加阻力稱為最增額，也稱為推力減額。24、船后螺旋槳效率與敞水螺旋槳效率有和不同？答：船后螺旋槳效率等于敞水螺旋槳效率與相對旋轉效率的乘積。25、船身效率、推進效率和推進系數(shù)P.C.的定義是什么？答：船身效率；推進效率；為船后螺旋槳實際收到功率，為主機發(fā)出的功率，推進系數(shù)P.C.，26、試說明整個推進系統(tǒng)的能量消耗情況。答：27、某漁船主機功率Ps=900hp，配3:1齒輪箱。試航時測得當主機轉速Nm=1512rpm時的航速V=12kn，在與螺旋槳緊連的尾軸處測得轉矩為1105kgf-m。按船模試驗的結果分析，實船阻力為R=6240kgf，伴流分數(shù)=0.22，推理減額分數(shù)t=0.20，相對旋轉效率=1.01，設軸系傳動效率=0.96，減速裝置效率=0.98。試求：螺旋槳效率、船身效率、推進效率、推進系數(shù)、主機功率儲備（%）、螺旋槳推馬力、以及實際發(fā)出的主機馬力。答：由于主機實際發(fā)出的馬力主機功率儲備有效馬力推馬力28、某沿海快艇螺旋槳直徑D=1.00m，由模型槳的敞水試驗結果整理的特征曲線的數(shù)據(jù)如下： 0.4 0.6 0.8 1.0 0.460 0.360 0.260 0.159 0.866 0.714 0.55 0.380快艇的伴流分數(shù)=0.10，推力減額分數(shù)t=0.08，相對旋轉效率=0.98，該艇試航時，主機達到額定轉速900rpm，航速達到22.0kn，主機直接傳動效率=0.96，試求：（1）、設計工況下螺旋槳的推力、螺旋槳效率和主機實際發(fā)出的功率。（2）、該艇出到大海遇到風浪，主機轉速下降15%，航速僅達到13.78kn，求這時螺旋槳所發(fā)出的推力、螺旋槳效率以及主機所發(fā)出的功率。答：（1）由模型敞水試驗得到的特征曲線插值得到相應的推力系數(shù)和轉矩系數(shù)為（2）由模型敞水試驗得到的特征曲線插值得到相應的推力系數(shù)和轉矩系數(shù)為討論：風浪條件下主機不能充分發(fā)揮其功率29、某船試用一新型螺旋槳，船的設計航速為19kn，按艉型確定螺旋槳直徑為3.5m。用1/10縮尺制作槳模，在保持轉速n=5r/s的情況下進行敞水試驗。測得數(shù)據(jù)如下：槳模進速(m/s) 1.05 1.225 1.40槳模推力(kgf) 17.70 14.36 10.96槳模轉矩(kgf.cm) 86.00 80.00 74.00另外又從自航試驗求得伴流分數(shù)=0.194，推力減額分數(shù)t=0.18，相對旋轉效率=0.98。試求當實槳轉速為180rpm時所發(fā)出的推力及所需的船后收到馬力。答：根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以得到模型槳敞水試驗特征曲線 0.6 0.7 0.8 0.451 0.366 0.279 0.063 0.058 0.054 0.68 0.703 0.658由模型槳敞水特征曲線插值得到相應的推進系數(shù)和轉矩系數(shù)為另法：因為：推進效率兩種方法結果相差約18hp，其原因是計算中和0.514值均為近似值。30、試說明敞水螺旋槳特征曲線的特征。答：（1）當J=0時，由于，故。此時葉切面攻角最大，達到最大值。（2）當時，與兩曲線交于橫坐標軸上。（3）存在最大值，在其左邊隨J的增加而增加；在其右邊隨J的增加而減小，而且坡度較大。（4）隨J的則增大而減?。矗喝~切面攻角隨J的增大而減?。＃?）與橫坐標軸交點表征零推力進程與零轉矩進程。因為，零推力進程（實效螺距），無轉矩進程（無轉矩螺距）。31、證明：（，為船身效率和船后螺旋槳效率；，為有效馬力和船后螺旋槳收到馬力）答：或32、葉切面或螺旋槳表面上一點的減壓系數(shù)、空泡系數(shù)的定義是什么？他們分別與什么因素有關？答：減壓系數(shù)空泡數(shù)減壓系數(shù)只與有關。即只與葉切面的參數(shù)有關（形狀，入射角，及B點的位置等），與流場的參數(shù)無關。改變只能從改變槳葉的性質(zhì)入手（切面的形狀，螺距比等），減壓系數(shù)越高，越容易產(chǎn)生空泡?？张菹禂?shù)只與來流速度，水的汽化壓力以及靜壓力有關，而與槳葉的幾何特征無關。空泡數(shù)越低，越容易產(chǎn)生空泡。33、說明空泡的成因與空泡發(fā)生的條件。第一階段空泡和第二階段空泡的特點是什么？答：螺旋槳在水中工作時，槳葉的葉背壓力降低形成吸力面，若某處壓力降至水的汽化壓力一下時，導致爆發(fā)式的汽化，水氣通過界面，進入氣核并使之膨脹，形成氣泡（空泡）?？张莅l(fā)生的條件是（減壓系數(shù)空泡數(shù)，即）空泡的第一階段（空泡占葉切面寬度4050%）：這時槳葉吸力面（葉背）損失的吸力部分=吸力增加部分特征：空泡區(qū)域是局部的，對葉切面的水動力性能不發(fā)生明顯影響，但可能在葉表面產(chǎn)生剝蝕（L、D不變）空泡的第二階段（空泡占葉切面寬度6070%以上）：空泡區(qū)域擴大到占整個葉背面積6070%時，流動情況發(fā)生了根本的改變，葉背大部分或全部與空泡接觸，吸力面壓力不再降低，各處的壓力都等于汽化壓力，吸力面的升力不再隨速度的增高而加大其升力和阻力都較無空泡時為低，但阻升比增加，葉切面水動力性能惡化。特征：對葉表面無剝蝕作用，但影響葉切面的水動力性能。34、說明渦空泡、泡狀空泡、片狀空泡和云霧空泡的概念。答：渦空泡：出現(xiàn)在葉根與葉梢上。梢渦由葉梢處繞流產(chǎn)生；轂渦水流在槳轂處阻塞干擾產(chǎn)生。渦空泡的危害：槳船體渦（PHV）產(chǎn)生船體尾部表面上空泡剝蝕區(qū)、噪聲。泡狀空泡：在切面攻角較小時在葉背最大厚度處所產(chǎn)生的空泡，這種空泡對螺旋槳性能影響不大，但對槳葉材料有剝蝕作用。片狀空泡：攻角較大時產(chǎn)生在導邊附近，呈膜片狀。（1）葉切面全部為空泡所覆蓋，形成超空泡流動（全空泡）。這時會影響螺旋槳性能（空泡的第二階段）。（2）空泡在隨邊之前結束，形成局部空泡。這時對螺旋槳產(chǎn)生剝蝕（空泡的第二階段）。云霧狀空泡：由槳盤面處伴流不均勻?qū)е鹿ソ亲兓?，進而導致減壓系數(shù)變化。攻角大時產(chǎn)生空泡，攻角小時，空泡移到隨邊而破裂，對槳葉產(chǎn)生剝蝕，空泡消失后在水流后形成云霧狀。（由伴流不均勻引起）35、避免空泡發(fā)生的主要技術措施有哪些？答：因為產(chǎn)生空泡的條件：，要避免空泡的產(chǎn)生，就要降低減壓系數(shù)，提高空泡數(shù)。（1）降低減壓系數(shù)的措施：1）增加螺旋槳的盤面比2）采用弓型切面或壓力較均勻的其他切面形式3）減少葉根附近切面的螺距（2）提高螺旋槳空泡數(shù)的措施：1）增加螺旋槳的浸沒深度2）減少螺旋槳轉速（因為，而，）36、空泡試驗需要滿足什么相似條件？為什么要利用空泡筒進行空泡試驗？答：（1）槳模與實槳：1）必須滿足敞水試驗條件（進速系數(shù)J相等）；2）減壓系數(shù)和空泡數(shù)相等。但是由于進速系數(shù)J相等時，槳模與實槳減壓系數(shù)相等條件自然滿足。所以實槳與槳模滿足空泡相似的條件為：。（2）要實現(xiàn)空泡數(shù)相等，就必須，或。因為實際上，要使。必須降低?？梢越档突蛟黾樱ㄍㄟ^增加水溫達到，較麻煩），實際做法是通過降低實現(xiàn)，這就是使用空泡試驗筒來進行空泡試驗的原因。37、某客貨輪的螺旋槳具有下列要素：螺旋槳直徑D=4.83m，P/D=1.065,，槳軸入水深度=2.9m，投射面積=9.9，收到馬力=4800hp，=0.98，船速V=16.67kn，N=110rpm，伴流分數(shù)=0.226，船吃水T=6.6m，槳葉為機翼型剖面。試檢驗該螺旋槳是否發(fā)生空泡。（按柏利爾限界校核）答：0.7R處葉切面的空泡數(shù)單位投射面積上的平均推力系數(shù)從P7