螺旋槳的工作原理

1、螺旋槳的工作原理上次課給大家介紹了 船艇水阻力的三種主要成 分的形成原因及影響其大 小的主要因素。（那么這三 種阻力是哪三種？選其中 一種提問其成因）。我們知 道，船艇在水中運動要受 到阻力的影響。那么船艇 為什么能在水中運動？它 是靠什么推動的呢？它又 是怎樣推動的呢？這就是 我們這次課要給大家介紹 的容。我們把推動船艇運動 的裝置稱為推進器。推進 器的種類很多，我們常見 的有明輪推進器、噴水推 進器、平旋推進器和螺旋 槳等。目前應(yīng)用最廣泛的 推進器是螺旋槳，它的特 點是：推進效率高，結(jié)構(gòu) 簡單，工作可靠。下面我 們就來看一看一、螺旋槳的結(jié)構(gòu)、 配置和螺旋槳水流螺旋槳由槳轂、槳葉 和整流罩等

2、組成，并通過 槳轂與尾軸相連。一般螺 旋槳有35個槳葉，有的 則多達6個。下面給大家 介紹幾個有關(guān)螺旋槳的幾 何名詞。（結(jié)合幻燈片）螺距一一螺旋槳繞軸 旋轉(zhuǎn)一圈，沿軸向前進的幾何距離。（P）螺旋槳按旋轉(zhuǎn)方向可 分為左旋螺旋槳和右旋螺 旋槳兩種，從艇尾向前看, 進車時順時針旋轉(zhuǎn)的稱右 旋螺旋槳；反時針旋轉(zhuǎn)的 稱左旋螺旋槳。我們怎樣 判斷一個靜止的螺旋槳是 左旋還是右旋呢？將螺旋 槳平放，從側(cè)面看，槳葉 向右上方傾斜的為右旋螺 旋槳；槳葉向左上方傾斜 的為左旋螺旋槳。（二）螺旋槳的配置螺旋槳的配置一般有 單螺旋槳、雙螺旋槳、三 螺旋槳和四螺旋槳等。地 方商船一般采用單螺旋 槳，且多數(shù)為右旋螺旋槳；

3、 公邊船艇一般采用雙螺旋 槳或四螺旋槳配置，且多 采用外旋式（即右舷安裝 右旋螺旋槳，左舷安裝左旋螺旋槳；若右舷安裝左 旋螺旋槳，左舷安裝右旋 螺旋槳，則稱為旋式）。 螺旋槳船相對較少。（三）螺旋槳工作時 的水流排出流、吸入流、頂 流、伴流這四種水流只有排出 流和吸入流與螺旋槳直接 相關(guān)。而頂流和伴流則與 船艇是否對水移動有關(guān)， 只有船艇對水移動時才產(chǎn) 生頂流和伴流，且隨艇速 增加而增大。二、螺旋槳的推力和 阻力（一）水翼原理水翼從形狀上可分為 機翼形水翼和弓形水翼。 船艇上的舵就屬于機翼形 水翼，螺旋槳槳葉則是弓 形水翼。當水翼與水流成一攻 角后。翼板前面壓力要高 于翼背面的壓力，形成壓 力

4、差，使翼板前面的水流 流至尾部銳緣后轉(zhuǎn)向背 面，導致翼剖面周圍形成 環(huán)流。這個環(huán)流與原來的 水流形成疊加，使翼背面 水流流速大增，壓力明顯 下降；翼前面水流流速降 低，壓力升高。從而進一 步加大了壓力差，產(chǎn)生了 垂直于來流方向的升力和 平行于來流方向的阻力。根據(jù)實驗，可得水翼 在水中運動的升力和阻力 的公式如下：2升力 L=C 升SV 阻力D=C阻SV 其中：V水翼相對于水 的速度（米/秒）2S水翼面積（米）C升一一升力系數(shù)，是 攻角和水的密度（p）的函數(shù)。C阻一一阻力系數(shù)，是 攻角和水的密度（p）的函數(shù)。（二）螺旋槳的推力 和阻力Word資料以一片槳葉的截面為 例：當船艇靜止時，螺旋 槳開始

5、工作，把螺旋槳看 成不動，則水流以攻角a流 向槳葉，其速度為2nnr （n 為轉(zhuǎn)速；r為該截面半徑）。 根據(jù)水翼原理，槳葉要受 升力和阻力的作用，推動 螺旋槳前進，即推動船艇 前進。船艇運動會產(chǎn)生頂 流和伴流。繼續(xù)把船艇看 成不動，則頂流以與艇速 大小相等，方向相反的流 速向螺旋槳流來，而伴流 則以與艇速方向相同，流 速為Ur向螺旋槳流來。通 過速度合成，我們可以得 到與螺旋槳成攻角a,向槳 葉流來的合水流。則槳葉 受到合水流升力dL和阻力 dD的作用，將升力和阻力 分解，則得到平行和垂直dPUr艇首尾線的分力：dT = dL -cos 3 dD sin 3dQ = dL -sin 3 + d

6、D cos 3dT使船艇前進稱為推力； dQ稱為橫向力，即槳葉的 旋轉(zhuǎn)阻力。顯然，攻角a和流入槳 葉的水流合速度 V合決定 了 T和Q的大小。通常螺 旋槳轉(zhuǎn)速越高，而航速越 低，即攻角a較大時，T和 Q也越大。設(shè)艇速V不變，如伴 流流速增加(合速度減 小),則攻角增大，推力和 阻力也大；如果螺旋槳轉(zhuǎn) 速增加(合速度增加)，則 攻角增大，推力和阻力也 大。當船艇靜止不動時， 螺旋槳轉(zhuǎn)動時，水流攻角 很大，則推力和阻力可能 達到很大的值。阻力過大， 對主機工作不利。所以船 艇在從靜止開始用車時， 不宜用高速；同理，船艇 在前進中換倒車時或從后 退中換正車時，都應(yīng)經(jīng)過 停車階段，讓艇速下降后 再行轉(zhuǎn)

7、換，而不宜直接轉(zhuǎn) 換。主要是防止出現(xiàn)大攻 角，產(chǎn)生巨大的旋轉(zhuǎn)阻力， 造成主機超負荷。下面給大家介紹一個 滑失的概念。如果螺旋槳 旋轉(zhuǎn)一周，同時前進的距 離等于螺旋槳的螺距 P,設(shè) 螺旋槳轉(zhuǎn)速為n,則理論前 進速度為n P。也就是說將 不產(chǎn)生水被螺旋槳前后撥 動的現(xiàn)象，然而事實上， 螺旋槳總是隨船一起以低 于nP的進速Vs對水作前進 運動。那么螺旋槳旋轉(zhuǎn)一 周在軸向上前進的實際距 離為hp (= Vs/n ),稱為進 距。于是我們把 P與hP之 差(P hp)稱為滑失?；c螺距P之比為 滑失比：Sr = ( P hp) /P = (nP Vs) /nP = 1 Vs/nP式中Vs/nP稱為進距 比。從式中可以得出，當 Vs = nP 時，S= 0。即卩 P= hp也就是螺旋槳將不產(chǎn)生 對水前后撥動的現(xiàn)象，螺 旋槳給水的推力為零。因此我們可以得出結(jié) 論：滑失越大，滑失比越 高，則螺旋槳推水的速度 也就越高，所得到的推力 就越大。小結(jié)本次課介紹了螺旋槳 的結(jié)構(gòu)、配置