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螺旋桨的尺寸和参数

 

 

螺旋桨直径 D

螺旋桨的直径无疑是最重要的参数,为了获得最高的推进效率ηD,通常尽量选择直径D 最大的螺旋桨。但是,需要考虑特殊情况。首先,船体尾部的线型主要取决于船型与船舶的设计。

其次,螺旋桨叶梢与船体之间所需间隙决定了螺旋桨的大小。螺旋桨需要完全浸没,从而限制了螺旋桨的尺寸。

 

                         

从上述各种影响因素可以看出,很难在此给出一个确切的螺旋桨直径与设计吃水的比值D/H。但是,根据经验法则,可以给出螺旋桨直径与设计吃水的近似比值D/H

散装货轮与油轮:D/H < 0.65="">左右集装箱船:D/H< 0.74="">左右。有些设计公司为了保证螺旋桨的水动力性能取D/H=0.8

 

桨叶数量

桨叶数量可为 23456。桨叶越少,螺旋桨效率越高。但是,考虑到强度原因,承受高负荷的螺旋桨不能制造为双叶片或三叶片型式。通常,商船的螺旋桨使用 456 片桨叶,通常使用4叶桨最多。


功率要求相对较高以及具有高负荷型螺旋桨的船舶,比如集装箱船,可能需要使用 5 叶或 6 叶桨。由于振动原因,可能需要避免使用某些数量叶片的螺旋桨,以免激振船体或上部结构中的固有频率。

盘面系数

盘面系数,又称盘面比,定义为螺旋桨展开面积与盘面面积的比值。传统的 4 叶片螺旋桨的盘面系数重要性不大,因为更大的系数值只会使螺旋桨本身产生附加阻力,因此对最终结果影响甚小。如果船舶拥有负荷特别高的螺旋桨,通常是 5 叶片或 6 叶片型式,则盘面系数可能较大。军舰的盘面系数高达 1.2。盘面系数会影响螺旋桨的空泡性能。

 

螺距直径比 P/D

螺距直径比P/D 表示螺旋桨螺距P 与其直径D 的比值,如图所示。


螺距P 是指无滑脱条件下螺旋桨旋转一周而使自身前进的距离。由于螺距随桨叶半径而变,因此螺距直径比与螺距的关系通常为 0.7倍的半径处。

在螺旋桨直径给定时,为了获得最佳的推进效率,需要找到最佳的螺距直径比,而这又与特定的转速设计有关。比如,如果需要较低的转速设计,则需要增加螺距直径比,反之亦然,但要牺牲效率。另一方面,如果需要较低的转速设计,并且满足船舶吃水要求,则选择大直径螺旋桨可能满足该设计要求,甚至同时会增加推进效率。

 

螺旋桨系数 JKT KQ

螺旋桨理论是以船模为基础,但为促进该理论的普遍应用,已为螺旋桨引入了一些与直径D、转速 n 以及水流质量密度ρ 有关的无量螺旋桨系数。

如前文所述,螺旋桨进程比系数 J 是与螺旋桨进速 VA 有关的无量纲量。


无量纲量推力 T 以推力系数 KT, 表示为:


而螺旋桨扭矩


以扭矩系数 KQ 表示为无量纲量:


可以利用上述系数来计算螺旋桨效率

ηo,因为正如前文所示,螺旋桨效率ηo



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