推進演示文稿2.

1、第四章第四章 螺旋槳模型的敞水試驗螺旋槳模型的敞水試驗敞水試驗的目的及作用敞水試驗的目的及作用: : 1 1、進行系列試驗，繪制設(shè)計圖譜、進行系列試驗，繪制設(shè)計圖譜 2 2、根據(jù)系列試驗的結(jié)果分析幾何要素對性能的影響、根據(jù)系列試驗的結(jié)果分析幾何要素對性能的影響 3 3、校核驗證理論方法、校核驗證理論方法 4 4、配合自航試驗分析推進效率成份、配合自航試驗分析推進效率成份 4.1 4.1 螺旋槳的相似定理螺旋槳的相似定理螺旋槳的推力是直徑，轉(zhuǎn)速，水的密度，水的運動粘性系數(shù)及螺旋槳的推力是直徑，轉(zhuǎn)速，水的密度，水的運動粘性系數(shù)及重力加速度的函數(shù)重力加速度的函數(shù)),(1gVnDfTA為進行因次分析，

2、將其寫成為進行因次分析，將其寫成fedcAbagVnkDT取質(zhì)量取質(zhì)量M，長度，長度L，時間，時間T為基本變量，則有：為基本變量，則有：fedcbaTLTLLMTLTkLTML)()()()()1(2232比較因次得：比較因次得：fecbTfedcaLdM22:231:1:fecbfecad22241這樣有：這樣有：fecAfecAfecfecDngDnDnDVDnkgVnkDT)()()(2224212224該式后三項為無因次數(shù)，該式后三項為無因次數(shù)，故推力系數(shù)可表示為：故推力系數(shù)可表示為：),(2221gDDnnDnDVfKAT同理有：同理有：),(),(222302222gDDnnDnD

3、VfgDDnnDnDVfKAAQ幾何相似的螺旋槳，函數(shù)幾何相似的螺旋槳，函數(shù) f1，f2，f3 必然相同。函數(shù)中必然相同。函數(shù)中 1、 為進速系數(shù)為進速系數(shù) J，兩槳，兩槳J相等表示運動相似；相等表示運動相似； 2、 相當(dāng)于雷諾數(shù)相當(dāng)于雷諾數(shù) Rn（ ），），Rn 相同表示兩槳粘性力相似；相同表示兩槳粘性力相似； 3、 相當(dāng)于傅魯?shù)聰?shù)相當(dāng)于傅魯?shù)聰?shù) Fn（ ），），F(xiàn)n 相同表示兩槳重力相似，相同表示兩槳重力相似， 主要與興波有關(guān)，實踐證明，當(dāng)槳軸沉深主要與興波有關(guān)，實踐證明，當(dāng)槳軸沉深 hs 0.625D 時，興波影響可時，興波影響可 不計，故當(dāng)在水下足夠深度進行槳模試驗時，可不考慮不計，故

4、當(dāng)在水下足夠深度進行槳模試驗時，可不考慮 Fn 的影響。的影響。nDJAgDDn222nDLVAgDVA如幾何相似的槳及槳模上述三參數(shù)相等，則水動力系數(shù)相等。如幾何相似的槳及槳模上述三參數(shù)相等，則水動力系數(shù)相等。當(dāng)槳軸沉沒較深時：當(dāng)槳軸沉沒較深時：),(),(),(3021nnQnTRJfRJfKRJfK設(shè)實槳：設(shè)實槳：Ds，ns，VAs，s 槳模：槳模：Dm，nm，VAm， mmsDD由進速系數(shù)相等：由進速系數(shù)相等：sssAsmmAmmJDnVDnVJ1smAsAmnnVV由雷諾系數(shù)相等：由雷諾系數(shù)相等：nssssmmmnmRDnDnR22222mssmDDnnsm故有：故有：sssTmmT

5、mTDnKDnKT444242 可見可見 Tm 及及 nm，VAm 過大，試驗室中不可能實現(xiàn)。實際試驗時，只過大，試驗室中不可能實現(xiàn)。實際試驗時，只要求要求 J 相等，而由于雷諾數(shù)不同引起的差距稱為尺度效應(yīng)。相等，而由于雷諾數(shù)不同引起的差距稱為尺度效應(yīng)。尺度比：尺度比：4.2 4.2 臨界雷諾數(shù)和尺度效應(yīng)臨界雷諾數(shù)和尺度效應(yīng)螺旋槳雷諾數(shù)：螺旋槳雷諾數(shù)：2275. 0)75. 0(nDVbRARn一、臨界雷諾數(shù)：一、臨界雷諾數(shù)：漢堡水池試驗結(jié)果漢堡水池試驗結(jié)果上海交大水池試驗結(jié)果上海交大水池試驗結(jié)果上海交大水池試驗結(jié)果上海交大水池試驗結(jié)果 試驗證明當(dāng)試驗證明當(dāng) 后，水動力性能基本不變，故后，水動

6、力性能基本不變，故 ITTC 推推薦螺旋槳雷諾數(shù)為薦螺旋槳雷諾數(shù)為5100 . 3nR5100 . 3二、尺度作用及修正方法二、尺度作用及修正方法 螺旋槳的雷諾數(shù)對推力影響不大，但對扭矩影響顯著，實槳螺旋槳的雷諾數(shù)對推力影響不大，但對扭矩影響顯著，實槳與槳模在同一與槳模在同一 J 時，時，smQsQmTsTmKKKK00,尺度作用的修正方法：尺度作用的修正方法： 1、不修正；、不修正； 2、只修正、只修正 KQ ： 3、ITTC 1978年推薦方法：年推薦方法：58. 2nsnmQsQmRRKKQQmQsTTmTsKKKKKK其中：其中：ZDbCKZDbDPCKDQDT)(25. 0)(3 .

7、 00.75R處的螺距比處的螺距比0.75R處的弦長與直徑比處的弦長與直徑比DsDmDCCC而而5 . 23261log62. 189. 1)21 (25044. 0)21 (2pDsnnDmKbbtCRRbtCKp 為實槳表面粗糙度，一般取為實槳表面粗糙度，一般取 3.0*10-6 米米思考題：進行螺旋槳敞水試驗時應(yīng)滿足什么條件？思考題：進行螺旋槳敞水試驗時應(yīng)滿足什么條件？4.3 4.3 敞水試驗方法及測量數(shù)據(jù)的表達敞水試驗方法及測量數(shù)據(jù)的表達 當(dāng)螺旋槳模型與實槳幾何相似，并在足夠深處和臨界雷諾當(dāng)螺旋槳模型與實槳幾何相似，并在足夠深處和臨界雷諾數(shù)下進行試驗時，水動力性能只是數(shù)下進行試驗時，水

8、動力性能只是 J 的函數(shù)，即的函數(shù)，即)()()(3021JfJfKJfKQT一、敞水試驗設(shè)備及測試儀器一、敞水試驗設(shè)備及測試儀器二、測量數(shù)據(jù)的表達二、測量數(shù)據(jù)的表達螺旋槳敞水性征曲線螺旋槳敞水性征曲線螺旋槳系列試驗結(jié)果螺旋槳系列試驗結(jié)果第五章第五章 螺旋槳與船體間的相互作用螺旋槳與船體間的相互作用 由于螺旋槳與船體相互影響，使槳的由于螺旋槳與船體相互影響，使槳的性能及船的阻力都有變化，理想的做法是性能及船的阻力都有變化，理想的做法是將槳與船體當(dāng)作一個系統(tǒng)來考慮，但問題將槳與船體當(dāng)作一個系統(tǒng)來考慮，但問題相當(dāng)復(fù)雜，難于處理，現(xiàn)仍將槳看作是在相當(dāng)復(fù)雜，難于處理，現(xiàn)仍將槳看作是在船后流場中工作，而

9、船體在螺旋槳影響的船后流場中工作，而船體在螺旋槳影響的水流中運動。水流中運動。5.1 5.1 伴流船體對螺旋槳的影響伴流船體對螺旋槳的影響一、伴流的成因和分類一、伴流的成因和分類 船在水中航行時，附近的水受到船體的影響而產(chǎn)生運動，表現(xiàn)為船在水中航行時，附近的水受到船體的影響而產(chǎn)生運動，表現(xiàn)為船體周圍伴隨著一股水流，這股水流稱為伴流。船體周圍伴隨著一股水流，這股水流稱為伴流。 通常所說的伴流是指螺旋槳盤面處的伴流。通常所說的伴流是指螺旋槳盤面處的伴流。 一般軸向伴流一般軸向伴流 周向和徑向伴流。周向和徑向伴流。 與船速同向的軸向伴流為正伴流，反之為負伴流。與船速同向的軸向伴流為正伴流，反之為負伴

10、流。 成因：成因：1、勢伴流船身周圍的流線運動、勢伴流船身周圍的流線運動 2、摩擦伴流水的粘性作用與船型、表面粗糙度、雷諾數(shù)、摩擦伴流水的粘性作用與船型、表面粗糙度、雷諾數(shù)、 槳的位置有關(guān)槳的位置有關(guān) 3、波浪伴流船舶的興波作用、波浪伴流船舶的興波作用二、伴流分數(shù)二、伴流分數(shù)設(shè)船速為設(shè)船速為V，軸向伴流速度為，軸向伴流速度為 u，則螺旋槳進流速度為，則螺旋槳進流速度為 VA=V-u根據(jù)成因伴流速度可表示為根據(jù)成因伴流速度可表示為wfpuuuu伴流分數(shù)定義為伴流分數(shù)定義為 則則VVVuwA1)1 (wVVA伴流分數(shù)亦可表為伴流分數(shù)亦可表為wfpwwww三、伴流的測定三、伴流的測定標(biāo)稱伴流：船模后

11、無槳時測得的伴流。標(biāo)稱伴流：船模后無槳時測得的伴流。實效伴流：根據(jù)船后螺旋槳實驗或自航試驗結(jié)果與敞水試驗結(jié)果比較實效伴流：根據(jù)船后螺旋槳實驗或自航試驗結(jié)果與敞水試驗結(jié)果比較 分析可得出的相當(dāng)伴流。分析可得出的相當(dāng)伴流。形勢伴流速度形勢伴流速度興波伴流速度興波伴流速度摩擦伴流速度摩擦伴流速度興波伴流分數(shù)興波伴流分數(shù)摩擦伴流分數(shù)摩擦伴流分數(shù)形勢伴流分數(shù)形勢伴流分數(shù)1、標(biāo)稱伴流的測量、標(biāo)稱伴流的測量畢托耙激光測速儀2、測量實效伴流的方法、測量實效伴流的方法wVA T,Q T,Q VA w船后槳模試驗：船后槳模試驗：V，n，TB，QB敞水試驗：等推力法轉(zhuǎn)速敞水試驗：等推力法轉(zhuǎn)速 n 不變，調(diào)節(jié)進速，使

12、不變，調(diào)節(jié)進速，使 T0=TB ，測量，測量 VA及及Q0 則則 即為實效伴流，此時即為實效伴流，此時 Q0 QB ； 等轉(zhuǎn)矩法轉(zhuǎn)速等轉(zhuǎn)矩法轉(zhuǎn)速 n 不變，調(diào)節(jié)進速，使不變，調(diào)節(jié)進速，使 Q0=QB ，測量，測量 VA 及及 T0 同樣同樣 為實效伴流，此時為實效伴流，此時T0 TB 。AVVuAVVu四、伴流不均勻性的影響四、伴流不均勻性的影響 當(dāng)同一螺旋槳以相同轉(zhuǎn)速和進速在敞水中和船后工作時，其推力與轉(zhuǎn)當(dāng)同一螺旋槳以相同轉(zhuǎn)速和進速在敞水中和船后工作時，其推力與轉(zhuǎn)矩仍不同，這是船后伴流不均勻性的影響。矩仍不同，這是船后伴流不均勻性的影響。 伴流不均勻性對推力的影響系數(shù)伴流不均勻性對推力的影響

13、系數(shù) 伴流不均勻性對轉(zhuǎn)矩的影響系數(shù)伴流不均勻性對轉(zhuǎn)矩的影響系數(shù) 伴流不均勻性對效率的影響系數(shù)伴流不均勻性對效率的影響系數(shù)01TTiB02QQiB21iii 由于由于210000022iiQQTTVTnQnQVTBBABABB故故210iiB如用等推力法確定實效伴流，則如用等推力法確定實效伴流，則 i1=1RBi0201其中其中21iR相對旋轉(zhuǎn)效率相對旋轉(zhuǎn)效率船身對槳的影響：船身對槳的影響：1、平均實效伴流、平均實效伴流 w 2、相對旋轉(zhuǎn)效率、相對旋轉(zhuǎn)效率 R5.2 5.2 推力減額螺旋槳對船體的影響推力減額螺旋槳對船體的影響一、推力減額的成因一、推力減額的成因 由于螺旋槳的抽吸作用，使由于螺旋

14、槳的抽吸作用，使船尾流速增加，壓力降低，從而船尾流速增加，壓力降低，從而導(dǎo)致阻力增加導(dǎo)致阻力增加 R ，需一部分推，需一部分推力力 T 來克服它。來克服它。R 阻力增額阻力增額T 推力減額推力減額TTR二、推力減額分數(shù)二、推力減額分數(shù) 推力減額分數(shù)：推力減額分數(shù)： TRTRTTTt1故有故有)1 (tTR三、推力減額與伴流的關(guān)系三、推力減額與伴流的關(guān)系與伴流相對應(yīng)與伴流相對應(yīng)wfptttt富來申紐：富來申紐：ppwt 狄克曼：狄克曼：220)1 (2112fppwVATwt高木又男：高木又男：21fpwwt形勢推力減額分數(shù)形勢推力減額分數(shù)摩擦推力減額分數(shù)摩擦推力減額分數(shù)波浪推力減額分數(shù)波浪推力

15、減額分數(shù)形勢推力減額為主要成分，摩擦及波浪推力減額極小，可忽略，既有形勢推力減額為主要成分，摩擦及波浪推力減額極小，可忽略，既有ptt 5.3 5.3 推進系數(shù)及推進效率的各種成分推進系數(shù)及推進效率的各種成分一、功率傳遞及推進效率成分一、功率傳遞及推進效率成分船速船速 V，主機功率，主機功率 PS，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速 n ，螺旋槳推力，螺旋槳推力 T ，船的阻力，船的阻力 R1、傳送效率、傳送效率 S 船后收到馬力與主機功率之比船后收到馬力與主機功率之比 SDBSPP包括軸系、減速器效率包括軸系、減速器效率2、推進系數(shù)及推進效率、推進系數(shù)及推進效率 有效馬力有效馬力 船后收到馬力船后收到馬力 推進系數(shù)

16、推進系數(shù) P.C. 有效馬力與主機馬力之比有效馬力與主機馬力之比 推進效率推進效率 D 有效馬力與船后收到馬力有效馬力與船后收到馬力 PDB 之比之比 RVPEDBEDPPSEPPCP.752BDBnQP不包括軸系損失不包括軸系損失3、推進效率成分、推進效率成分 船后螺旋槳收到功率船后螺旋槳收到功率 PDB 后，在進速后，在進速 VA 時發(fā)出推力時發(fā)出推力 T ， 推馬力推馬力75ATTVP 船后螺旋槳效率船后螺旋槳效率 B 推馬力與收到馬力之比推馬力與收到馬力之比RBABADBTBQQnQTVnQTVPP00022相對旋轉(zhuǎn)效率相對旋轉(zhuǎn)效率 R 敞水收到馬力與船后收到馬力之比敞水收到馬力與船后

17、收到馬力之比DBDRPP0船身效率船身效率 H 有效馬力與推馬力之比有效馬力與推馬力之比wtwTVtTVTVRVPPATEH11)1 ()1 (故有故有SRHSDBDBDDTTESEPPPPPPPPPPCP000.PSPEPTPD0PDBSR0H二、提高推進性能的措施二、提高推進性能的措施1、船尾形狀對推進性能的影響、船尾形狀對推進性能的影響 船尾影響阻力，伴流及推力減額，船尾影響阻力，伴流及推力減額，船尾部方形系數(shù)大者，伴流及推力減船尾部方形系數(shù)大者，伴流及推力減額都增加，但推力減額增加較大，船額都增加，但推力減額增加較大，船身效率降低。身效率降低。 船之方形系數(shù)一定，有三種典型船之方形系數(shù)

18、一定，有三種典型尾型尾型 U 型，型，V 型，球尾型。型，球尾型。 U 型型及球尾型平均伴流大，較均勻，推進及球尾型平均伴流大，較均勻，推進效率高，有利于減小激振，但阻力較效率高，有利于減小激振，但阻力較V 型大。型大。 如圖瑞典如圖瑞典30萬噸油輪，配三種尾型，在萬噸油輪，配三種尾型，在 16 kn 時，時，V 型阻力最小，球型阻力最小，球尾型及尾型及U 型分別高型分別高 3 及及 7 ，且推進效率，且推進效率 V 型高，球尾所需螺旋槳的收型高，球尾所需螺旋槳的收到馬力到馬力 PD 比比V 型低型低 4 ，而，而 U 型較型較V 型高型高 3，故以球尾為佳。，故以球尾為佳。2、船首形狀對推進

19、性能的影響、船首形狀對推進性能的影響 球首不僅可減小興波阻力，還提高推進效率的作用相當(dāng)顯著球首不僅可減小興波阻力，還提高推進效率的作用相當(dāng)顯著 3、舵對推進性能的影響、舵對推進性能的影響 舵可減小尾流旋轉(zhuǎn)動能的損失，提高推進效率，對槳的影響以推力減額舵可減小尾流旋轉(zhuǎn)動能的損失，提高推進效率，對槳的影響以推力減額表示，流線型舵優(yōu)于平板舵，配置整流帽更有利。表示，流線型舵優(yōu)于平板舵，配置整流帽更有利。4、圖譜設(shè)計槳與理論設(shè)計槳對推進性能的影響、圖譜設(shè)計槳與理論設(shè)計槳對推進性能的影響 敞水效率兩者相同，船后時環(huán)流槳具有較高的推進效率。敞水效率兩者相同，船后時環(huán)流槳具有較高的推進效率。 5.4 5.4

20、 估算船體與螺旋槳相互影響系數(shù)的公式估算船體與螺旋槳相互影響系數(shù)的公式一、正確確定影響系數(shù)的重要性一、正確確定影響系數(shù)的重要性 設(shè)選取設(shè)選取 w1，t，R 為影響系數(shù)設(shè)計槳，而為影響系數(shù)設(shè)計槳，而實際值為實際值為w2，t，R 由于：由于：)1 ()1 (2211wVVwVVAA如如 則則 從而：從而：21ww 21AAVV2211JnDVnDVJAA由圖可見，設(shè)計時推力為由圖可見，設(shè)計時推力為 而實際而實際4211)(DnKTT4222)(DnKTT同樣：同樣：12TT 所以：所以：12QQ 對于葉元體，實際攻角比預(yù)想的小，這時螺旋槳處于輕載狀態(tài)，不能對于葉元體，實際攻角比預(yù)想的小，這時螺旋槳

21、處于輕載狀態(tài)，不能充分吸收主機馬力，發(fā)出要求的推力。充分吸收主機馬力，發(fā)出要求的推力。反之，反之， 則槳處于重載狀態(tài)，對主機工作不利則槳處于重載狀態(tài)，對主機工作不利 如如 t 選取不當(dāng)，則槳的推力選取不當(dāng)，則槳的推力 T 不能與實船阻力平衡，可見不能與實船阻力平衡，可見 w，t，R 的正確與否是保證設(shè)計成功，使船槳機配合良好的前提。的正確與否是保證設(shè)計成功，使船槳機配合良好的前提。21ww 二、估算伴流分數(shù)的近似公式二、估算伴流分數(shù)的近似公式伴流與船型，螺旋槳位置有關(guān)伴流與船型，螺旋槳位置有關(guān)1、泰勒公式（適用于海上運輸船舶）：、泰勒公式（適用于海上運輸船舶）： 單槳船：單槳船： 雙槳船：雙槳船：2、漢克謝爾公式：、漢克謝爾公式： 單槳標(biāo)準(zhǔn)商船（單槳標(biāo)準(zhǔn)商船（CB=0.540.84）：）： 單槳漁船：單槳漁船： 雙槳標(biāo)準(zhǔn)商船（雙槳標(biāo)準(zhǔn)商船（CB=0.540.84）：）：3、巴普米爾公式：、巴普米爾公式： 05. 05 . 0BCw20. 055. 0BCw18. 070. 0PCw28. 077. 0BCw3 . 070. 0PCwwDCwxB3165. 0 x對中線處的螺旋槳對中線處的螺旋槳 x=1x=1對舷側(cè)處的螺旋槳對舷側(cè)處的螺旋槳 x=2x=22