船舶推进器螺旋桨研究
一，船用推进器的发展历程。

船舶推进器的种类很多，最古老的要算篙了，它可撑着
船前进。

后来又发明了桨和橹，它们一直沿用至今。

随后是
利用风帆作为推进工具，出现了多种形式的帆船。

随着机器
在船上的应用，就出现了明轮推进器。

19世纪初出现了螺旋
桨推进器。

为了证明螺旋桨的优越性, 英国海军组织了一场
有趣比赛:把动力相当的“响尾蛇号”螺旋桨轮船和“爱里克
托号”明轮进行了竞赛。

两艘船的船尾用粗缆绳系起来，让
它们各朝相反的方向驶去。

“响尾蛇号”的螺旋桨飞快地旋
转，“爱里克托号”的明轮猛烈地向后拨水。

先是互不相让，但过了一会儿，“响尾蛇号”就把“爱里克托号”拖走了。

这场比赛证明了螺旋桨的优越性。

从此，螺旋桨轮船就取代
了明轮。

二，螺旋桨的基本构造与在船舶中的应用基本知识。

螺旋桨俗称车叶，由若干桨叶所组成。

桨叶的数目通常为
三叶、四叶或五叶，各叶片之间相隔的角度相等。

螺旋桨通常
装在船的尾部，螺旋桨与艉轴的连接部分称为毂，桨叶就固定
在毂上。

有船尾向船首看时，所看到的螺旋桨桨叶的一面称为
叶面（压力面），另一面称为叶背（吸力面）。

桨叶的外端为
叶梢，而与毂的连接处称为叶根。

螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨
迹为梢圆，此圆称为螺旋桨桨盘，直径称为螺旋桨直径，其面
积称为盘面积。

螺旋桨正车旋转时，有船尾向船首看所见到的旋转方向为
顺时针方向的称为右旋桨，反之为左旋桨。

双桨船的螺旋桨装
在船尾二侧，正常旋转时，若其上都向着船中线转动的称为内
旋桨，反之为外旋桨。

螺旋桨直径的大小往往受到船舶吃水的
限制。

一般来说，螺旋桨直径愈大转速愈低，其效率愈高。

螺
旋桨与船的尾框要有良好的配合，避免叶尖露出水面而影响效率。

螺旋桨船体间隙要适当，以避免引起严重的振动。

三，船用螺旋桨的工作原理。

螺旋桨旋转时，把水往后推。

根据力的作用与反作用的原理，水给螺旋桨以反作用力，这就是推力，推船前进。

螺旋桨的运动情况同螺钉的运动情况极为相似。

把螺钉旋转一圈，它就在螺帽中向前推进一段距离，这段距离称为螺距。

螺旋桨的桨叶叶面（压力面）通常是螺旋面的一部分，就像螺钉的螺纹的一部分那样，不过螺旋桨是在水中运动的，水取代的螺帽的地位。

四，船用螺旋桨的有关几何参数。

桨叶数目(B)：可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。

直径(D)：影响螺旋桨性能重要参数之一。

一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。

所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。

螺距：它是桨叶角的另一种表示方法。

各种意义的螺矩与桨叶角的关系。

实度(σ)：桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。

它的影响与桨叶数目的影响相似。

随实度增加拉力系数和功率系数增大。

桨叶角(β)：桨叶角随半径变化，其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。

习惯上以70％直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。

五，船用螺旋桨的效率问题。

船舶主机产生的动力经过主轴传递到达艉部，要有传递的能量损失，所以有一个传递效率的问题，同时推进器本身也有一个效率问题。

把这些损失综合起来，就是个总效率问题，也
就是说机器功率要比推船前进的有效功率大得多，可用下式表示：p1=p2/p3,
式中：p2——有效功率；
P3——机器功率；
P1——推进系数，它是各种效率相乘的综合之称；p1数
值愈大，表示船的推进性能愈好。

船舶推进器是将主机发出的功率转化为推船前进的推力装置。

从上面分析可见，为改善船舶的快速性，除应具备良好的
船型以降低航行时的阻力外，还必须配以性能良好、效率较高
的推进器，这样才能收到较好的效果。

为了增大效率，可以在
螺旋桨的外面套上一个截面为机翼形状的圆形套筒（称为导管），导管的外径一头较大，另一头较小，其最小内径比螺旋
桨的直径稍大。

导管的作用是造成一个有利于螺旋桨工作的流畅。

这种就叫做导管螺旋桨。

水气喷旋式螺旋桨是装于船舶舰艇上的螺旋桨结构的改进。

在螺旋桨主体上装有３～９片桨叶，螺旋桨主体装在主轴上，
主轴是双层空心轴，中心是通气道，与桨叶背面的喷气口相连通，包在中心通气道外围的是圆环形通水道，与喷水口相连通。

优点是减小阻力，增加轴向推力，可以节约能耗，提高航速。

这种螺旋桨很好的提高了效率。

六，船用螺旋桨的空泡现象。

螺旋桨在水中旋转工作时，桨叶的叶背压力降低而形成吸
力面，当某处的压力降至该温度下水的饱和蒸汽压力时，该处
的水就会发生汽化现象，形成气泡覆盖于叶背，称为空泡现象。

空泡产生后，会使螺旋桨的效率降低或发生剥蚀和局部振动的
现象，在螺旋桨设计时应予避免。

而对于高速舰船，因为主机
功率大，转速高，空泡现象往往难以避免，就出现了所谓空泡
螺旋桨或全空泡螺旋桨。

由于桨叶负荷过重以及船尾流场的不均匀而产生的螺旋
桨空泡,是导致桨叶剥蚀损伤和船尾强烈振动的重要原因。

避免
螺旋桨空泡激振,已成为近代商船螺旋桨设计中必须考虑的一个
重要因素。

因此,对空泡的机理,尺度效应,预测方法及防止对策
等问题的研究就显得日趋重要了。

螺旋桨模型空泡试验是进行
上述研究的一个重要手段.试验一般在空泡试验筒或减压水池中
进行,螺旋桨模型的进流可以是均匀来流或模拟船尾伴流。

通过
本试验可以观察和测量桨叶上空泡的初生,消灭及空泡区域,体
积随时间的变化情况,测量不同空泡数时螺旋桨模型的水动力性
能等。

七，船用螺旋桨的设计。

船用螺旋桨的设计方法有两种，图谱设计法和环流理论设
计法。

一般船舶的螺旋桨都用图谱设计法，此类设计法计算简单，能满足工程要求，因此使用广泛。

制造螺旋桨的材料有铜合金、铸铁和铸钢等几种。

铜合金
具有强度高、制造加工方便、抗海水腐蚀性能好、表面光滑、
螺旋桨效率高等优点，故广泛使用。

铸铁价格便宜，但强度低，故多用于小船上。

采用合适的新型的高阻尼吸声材料来制造螺
旋桨。

目前世界各国用复合碳纤维材料和玻璃钢材料等来制造
螺旋桨,通过其力学性能优越的特点,控制螺旋桨叶片的变形,来
减少空泡噪声,但阻尼性能差。

如果采用智能型阻尼吸声材料,
根据螺旋桨的实际应用情况调解其阻尼吸声性能,使其力学强度
和损耗因子都能达到理想值,用于主动式螺旋桨的噪声控制。

学生：童海丰
学号：200904030330
日期：2011/5/15。