螺旋桨工作原理
• 螺旋桨前后流场特点
螺旋桨工作原理
• 吸入流(suction current)的特点：
– 流速较慢； – 范围较宽； – 流线几乎相互平行。
• 排出流(discharge current)的特点：
– 流速较快； – 范围较小； – 水流旋转激烈。
螺旋桨推力与转矩
• 机翼升力条件：
操纵设备及其效应
• 操纵设备包括车、舵、锚、缆、拖轮等， 有些船舶还配备了侧推器以及特种推进装 置等。
• 最常用的操纵设备是推进器和舵 • 本章内容
– 车、舵、侧推器、拖轮特性及其运用的 基本知识
推进器
• 推进器的种类
– 明轮 – 螺旋桨, – Z型推进器 – 平旋式推进器 – 喷水式推进器
推进器
滑失与滑失比
• 影响滑失的因素
– 滑失与船速有关，而船速与船舶的阻力有关，阻力越大， 船速越低，滑失越大。因此船舶污底越严重、遭受的风 浪越大，滑失也越大。
• 滑失的作用
– 滑失能够提高螺旋桨推力，回收一部分（伴流）能量 – 滑失越大，螺旋桨的推进效率越低。
• 滑失在操纵中的应用
– 可利用螺旋桨的滑失提高船舶的舵效。 – 注意避免使主机超负荷工作而损坏主机。
– 直径(D) – 螺距(P)：螺旋桨旋转一周所前进的距离，指理论螺距，一般以螺
旋桨半径的0.7 倍处的螺距作为整个螺旋桨的螺距。 – 螺距比(P/D)：螺距与直径的比，一般在0.6~1.5 之间 – 盘面比：桨叶投影面积与直径为D 的圆面积之比。 – 桨叶数目3～6
• 螺旋桨 种类
– 固定螺距桨FPP – 可变螺距桨CPP
船速分类
• 额定船速
– 主机以额定功率和转速在深水中航行的静水船速； – 是船舶在深水中可以使用的最高船速。
• 海上船速
– 主机以海上常用功率和转速在深水中航行的静水船速； – 为了留有一定的储备，主机的海上功率通常定为额定
功率的 90％,主机的海上转数通常定为额定转数的96～ 97％
• 经济航速
• 滑失与螺旋桨在理论上应能前进的速度的比值称之 为滑失比Sr（slip ratio），即： Sr＝S/nP＝（nP-Vp）/nP＝1－Vp/nP
• 滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替， 得出的结果分别称为虚滑失或虚滑失比。
• 虚滑失比是表征不同航行状态下作用于螺旋桨负荷 的参数，船舶在海上航行时，船上经常用虚滑失比 来计算船速，一般以百分数表示滑失比。
主机功率
• 主机功率分类
– 机器功率(Machinery Horse Power)MHP
• 指示功率（Indicated Horse Power）IHP • 制动功率（Brake Horse Power）BHP • 轴功率（Shaft Horse Power）SHP
– 收到功率Delivered Horse Power）DHP – 推力功率（Thrust Horse Power）THP=T•Vp – 有效功率（Effective Horse Power）EHP =R•Vs
敞水桨推力与转矩
J=Vp/nD
KT 10KQ
进速系数
0.8
KQ
0.6 KT
0.4
0.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 J
螺旋桨推力与转矩
• 伴流影响
– 伴流分布：
• 沿船体前后方向，船首最小、船尾最大，离船体越远，伴流越 小；
• 船尾处沿螺旋桨的径向，上大下小，左右对称
– 船速与螺旋桨进速
– 以节约燃油、降低成本为目的，根据航线条件等特点 而采用的速度。
船速分类
• 港内船速
– 主机以港内功率和转速在深水中航行的静水船速； – 也称为备车速度或操纵速度 – 在港内航行，“微速前进”的功率与转速是 主机能发
出的最低功率，最低转速； – 一般港内船速要比海上船速低，其主要原因：
• 港内航行阻力增大，为了减小主机扭矩而降低船速； • 港内机动航行时频繁用车，为了保护主机而降低转速； • 一般港内最高主机转速为海上常用转速的 70～80％, 港内倒车
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
螺旋桨及 主机功率与船速 • 螺旋桨的致偏作用
螺旋桨及其工作原理
• 螺旋桨又称螺旋推进器，构造简单、重量轻、效率高 • 主要参数
– 伴流对提高螺旋桨推力是个有利因素
推力与转矩
• 螺旋桨对船体的影响(推力减额)
– 船尾螺旋桨工作时，其产生的水流柱，引起船体尾部流 速加快，压强降低，从而使船体阻力产生增值，这部分 增加的阻力称为阻力增额。
– 计算时常处理为推力减额
滑失与滑失比
• 滑失S是指桨理论上应能前进的速度与对水的实际 速度Vp之差,即： S＝nP－Vp＝nP－Vs(1－ωp) 其中，
最高主机转速为海上常用转速的 60～70％
测速
• 水域：
– 专用测速水域 – 深水域
• 航法
– 应沿与测速标方位垂直的航向行驶
• 载态与车速
– 通常需测定满载、合理压载等常用吃水条件状 态的前进一、前进二、前进三时的船速
主机功率
• 主机功率关系
– 螺旋桨收到功率DHP与机器功率MHP的比值称为 传递效率，其值通常为0.95~0.98。
– 有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进器效 率，该值约为0.60～0.75。
– 有效功率EHP与主机机器功率MHP之比称为推进 系数，该值约为0.5～0.7。这就是说，主机发出 功率变为船舶推进有效功率后己损失了将近一半。
– n为螺旋桨的转速； – P为螺旋桨的螺距； – Vp为螺旋桨对水的实际速度； – Vs为船对水的速度； – ωp为螺旋桨处的伴流系数，其值大约在0.2～0.4之间。
滑失与滑失比
• 有的文献中，也将滑失定义为螺旋桨旋转一周在轴 向所前进的实际距离hp＝Vp/n即进程与螺旋桨螺 距P的差值。
滑失与滑失比
– 来流速度V
– 来流的冲角
F
L
D V
敞水桨推力与转矩
• 敞水桨推力(thrust)示意
dL dT
dQ r
f b n2pr
S
nP Vp
敞水桨推力与转矩
• 敞水桨推力(thrust)
– T=n2D4KT
• 敞水桨转矩(torque)
– MQ= n2D5KQ
• KT为推力系数， KQ为转矩系数, 由水池试验求得