機(jī)械設(shè)計畢業(yè)論文吊艙式船舶推進(jìn)器的設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　吊艙式船舶推進(jìn)器的設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及自動化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　吊艙式船舶推進(jìn)器在船舶推進(jìn)中所占的比重越來越大。本文首先簡述了吊艙式船舶推進(jìn)器進(jìn)行發(fā)展歷史，闡述國內(nèi)外吊艙式推進(jìn)器的發(fā)展?fàn)顩r，歸納吊艙式推進(jìn)器的優(yōu)缺點。</p><p>　　再對船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，介紹了船舶電力系統(tǒng)的發(fā)展，并將傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)與現(xiàn)代船舶的綜合電力系統(tǒng)進(jìn)行比較，比較出現(xiàn)代船舶電力系統(tǒng)的優(yōu)點。對船舶電子推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行功率分配分析，并采用三類負(fù)荷法對全船電力負(fù)荷進(jìn)行計算，確定

4、吊艙推進(jìn)船舶的功率分配。</p><p>　　簡單介紹了螺旋槳的基本概念、工作的基本原理及其主要的參數(shù)，并對它的主要參數(shù)進(jìn)行了簡單的描述。根據(jù)船的參數(shù)和動力裝置，采用經(jīng)驗設(shè)計法對螺旋槳進(jìn)行了簡單的設(shè)計。為以后的吊艙螺旋槳的設(shè)計提供了算法的基礎(chǔ)。</p><p>　　建立了POD推進(jìn)器定常水動力性能的理論計算方法，并進(jìn)行了實例計算，其結(jié)果與試驗相比具有較高的精度。應(yīng)用升力面理論渦格法和面元法

5、探索了POD推進(jìn)器的定常水動力性能預(yù)報理論方法。</p><p>　　對吊艙推進(jìn)器與傳統(tǒng)螺旋槳由于幾何形狀上的差異以及參數(shù)的不同引起的螺旋槳性能的變化進(jìn)行分析，幾個主要幾何要素是螺旋槳與吊艙的間隙、槳轂錐度和吊艙前后體的錐度，它們對實驗的結(jié)果影響比較大。最后根據(jù)前面的分析，對吊艙螺旋槳進(jìn)行簡單的理論設(shè)計。本次設(shè)計只是理論的設(shè)計，并沒有太多的實際經(jīng)驗，具體應(yīng)根據(jù)實際的情況再進(jìn)行具體的設(shè)計。</p>&

6、lt;p>　　關(guān)鍵詞： 電力推進(jìn) ； 螺旋槳設(shè)計；吊艙式推進(jìn)器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The Podded ship propulsion in ship propulsion in increasing the proportion of. This paper first briefly podded sh

7、ip thrusters for development history, elaborated domestic， foreign podded thrusters, the development situation, the advantages and disadvantages of inductive podded thrusters.</p><p>　　Then analysing the mar

8、ine electric systems,and introducing the development of the marine electric systems.And comparing the traditional ship power systems with modern marine integrated power system,then knowing the advantages of modern marine

9、 integrated power system.Using of three types of load to calculating the whole boat load, and the power distribution is determined.</p><p>　　Briefly introducing the basic concepts, the basic principle and t

10、he main parameters of the propeller,and and simply descriping its main parameters. According to the parameters and powered of the ship,using the propeller design experience to design a propellers simply. It can offer the

11、 base algorithm of the designing of podded propeller.</p><p>　　The corresponding numerical programs have been developed and t he open-water</p><p>　　performance of a propeller wit hout pod was c

12、alculated to verify t he accuracy of t he present met hod.The numerical result s agreed wit h t he experimental data.Eddy-case method of rising2face2theory and face elementwere used to find a t heoretical way to predict

13、t he hydrodynamic performance of t he POD propulsion.</p><p>　　Analysing the changes of the propeller by the differences in the geometric shape and the different parameters of the propeller in pod propulsion

14、 and the traditional propeller. The main element is the clearance of the propeller and the pod, paddle wheel taper and the taper before and after the pod.They have more impacting on the the results of the experiment. Fin

15、ally, according to the analysis in front,it can simply design the propeller pod in theory. The design is only the theory of design,there</p><p>　　Key Words: electric propulsion；power distribution；propeller d

16、esign</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒 論1</b></p><p>　　第一章 吊艙式船舶電力推進(jìn)器1</p><p>　　1.1吊艙式推進(jìn)器概述1</p><p>　　1.2吊艙式船舶推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)2</p>

17、;<p>　　1.3 吊艙推進(jìn)的優(yōu)缺點分析3</p><p>　　第二章 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)分析4</p><p>　　2.1船舶電力推進(jìn)的發(fā)展4</p><p>　　2.2 電力推進(jìn)的特點5</p><p>　　2.3 POD推進(jìn)器的特點6</p><p>　　2.4 船舶電力系統(tǒng)的組成7&l

18、t;/p><p>　　2.5 船舶的電力系統(tǒng)功率分配分析8</p><p>　　第三章 吊艙式推進(jìn)器水動力性能計算及實驗9</p><p>　　3.1數(shù)值計算方法9</p><p>　　3.1.1 螺旋槳計算采用升力面理論渦格法9</p><p>　　3.1.2 吊艙計算采用面元法10</p>

19、<p>　　3.2 分析計算11</p><p>　　第四章 螺旋槳13</p><p>　　4.1螺旋槳的基本工作原理13</p><p>　　4.2 螺旋槳的主要參數(shù)17</p><p>　　4.3 螺旋槳的簡化設(shè)計17</p><p>　　第五章 吊艙螺旋槳的分析20</p>

20、<p>　　第六章 關(guān)于敞水性能實驗的研究22</p><p>　　6.1敞水性能試驗研究22</p><p>　　第七章 吊艙式推進(jìn)器的具體設(shè)計25</p><p>　　7.1 電動機(jī)的選擇25</p><p>　　7.2 聯(lián)軸器的選擇25</p><p>　　7.3 電動機(jī)軸的校核26&l

21、t;/p><p>　　7.4 聯(lián)軸器上花鍵的選擇及強(qiáng)度計算26</p><p>　　7.5 槳尾上平鍵的強(qiáng)度計算27</p><p>　　7.6 螺旋槳的計算27</p><p><b>　　小 結(jié)30</b></p><p><b>　　致 謝30</b><

22、;/p><p>　　【參 考 文 獻(xiàn)】31</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　船舶采用電力推進(jìn)方式己有近80年的歷史，在這段時間里電力推進(jìn)系統(tǒng)越來越完善。吊艙推進(jìn)裝置是電力推進(jìn)裝置中的主流產(chǎn)品。它的出現(xiàn)給電力推進(jìn)注入了新的活力。吊艙式推進(jìn)器的應(yīng)用將使電力推進(jìn)的優(yōu)越性得到更充分的體現(xiàn)和發(fā)展。吊艙推進(jìn)器能夠代替完整的傳

23、統(tǒng)軸系，盡管它的體積不大。它與傳統(tǒng)模式相比，吊艙式推進(jìn)器省去了舵、軸系等構(gòu)件，結(jié)構(gòu)更為緊湊。</p><p>　　與傳統(tǒng)推進(jìn)方式比較，吊艙式電力推進(jìn)具有以下優(yōu)點：</p><p>　　吊艙式電力推進(jìn)油耗低，噪音低及振動平緩，排放的廢氣少，長時間航行性能好，運(yùn)行可靠，充分利用機(jī)艙艙容，以此節(jié)省了機(jī)艙的空間。從更本上減少了經(jīng)濟(jì)投入、環(huán)境污染及加大了運(yùn)行可靠性。驅(qū)動螺旋漿的推進(jìn)裝置可以采用的同步

24、推進(jìn)電機(jī)沒有減速裝置，所以噪音大大的減少了。采用吊艙電力推進(jìn)裝置的船舶能使裝船的復(fù)雜機(jī)械裝置數(shù)量減少，從而使得其可靠性得到極很大的提高。</p><p>　　在360度范圍內(nèi)吊艙式電力推進(jìn)裝置可自由旋轉(zhuǎn)，船舶的操縱性和機(jī)動性極大地得到了提高。配合船舶艏側(cè)推器，吊艙推進(jìn)器可使船舶完成橫向平移、原地回轉(zhuǎn)、精確定位。這些操作的常規(guī)推方式難以完成的。</p><p>　　目前的吊艙式電力推進(jìn)還有難

25、以克服的問題存在，還有待研發(fā)改進(jìn)，但這不是一朝一夕的事，所以總結(jié)經(jīng)驗對小功率10MVA以下技術(shù)已經(jīng)較為成熟，采用吊艙，對更大功率的采用吊艙和常規(guī)結(jié)合的方式，性能更穩(wěn)定可靠。</p><p>　　POD推進(jìn)器的出現(xiàn)是艦船全電力推進(jìn)技術(shù)中的亮點。它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電力推進(jìn)系統(tǒng)效率不高的缺陷，提高了推進(jìn)器的水動力性能。它集推進(jìn)系統(tǒng)和掌舵裝置于一體，極大地增加了船舶設(shè)計、構(gòu)建及使用的靈活性。</p><p&

26、gt;　　第一章 吊艙式船舶電力推進(jìn)器</p><p>　　1.1吊艙式推進(jìn)器概述</p><p>　　1989年芬蘭ABB和Kvaerner Masa-Yard公司生產(chǎn)的破冰船率先提出吊艙式推進(jìn)器的設(shè)計概念，隨后這種推進(jìn)系統(tǒng)日益流行，各國家相繼投入了研究。它的出現(xiàn)逐步取代了傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)和柴油機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)，在各類船舶相繼上得到了廣泛的運(yùn)用。在360度范圍內(nèi)吊艙式推進(jìn)裝置可自由旋轉(zhuǎn)，在任

27、意方向產(chǎn)生推進(jìn)力，省去了傳統(tǒng)推進(jìn)器的舵和側(cè)推裝置，船舶的操縱性和機(jī)動性極大地得到了提高。吊艙推進(jìn)器能夠代替完整的傳統(tǒng)軸系，盡管它的體積不大。它與傳統(tǒng)模式相比，吊艙式推進(jìn)器省去了舵、軸系等構(gòu)件，結(jié)構(gòu)更為緊湊。正是由于上述的諸多優(yōu)點，一些船型如油船，渡輪，破冰船，補(bǔ)給船，半潛船、鉆井平臺等對吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)用越來越多。</p><p>　　隨著吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)用越來越廣泛，一些問題也逐步的出現(xiàn)。要完善這些缺陷，還需要

28、進(jìn)行廣泛的研究。研究包括熱變形對軸密封的破壞，吊艙的水動力性能，更加舒適和優(yōu)良操縱性等方面。吊艙式推進(jìn)裝置具有安裝容易，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)費(fèi)用低等原因，回報遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于投入。我國對吊艙式推進(jìn)器的研究還是剛剛起步，但是已經(jīng)取得一定的研究成果，來隨著對現(xiàn)代船艦不斷發(fā)展的需求，需要我們加大研究力度，研究出更加完善的吊艙推進(jìn)系統(tǒng)，以適應(yīng)需求。</p><p>　　1.2吊艙式船舶推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)</p><p&g

29、t;　　吊艙式船舶推進(jìn)器的主要部分是懸掛在船下位于流線型水下吊艙。艙內(nèi)安裝一臺電動機(jī)帶動旋槳上軸以此驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)。艙體是有鋼和鑄鋼焊接和用法蘭相配合而成。推進(jìn)電機(jī)位于艙體內(nèi)，發(fā)電機(jī)位于船艙內(nèi)，發(fā)電機(jī)的相關(guān)的控制數(shù)據(jù)及電力通過電纜和滑環(huán)裝置傳送到推進(jìn)電機(jī)。圖1.1是一種吊艙式推進(jìn)器結(jié)構(gòu)的示意圖。</p><p>　　圖1.1 吊艙式推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　目前世界上主要有芬蘭

30、的ABB工業(yè)公司的Azipod, Compact Azipod, CR.P,法國Alstom的Mermaid，德國Schottel公司的SEP,SSP，德國SRNATLAS公司和荷蘭John Crane-Lips公司聯(lián)合開發(fā)的Dolphin吊艙推進(jìn)系統(tǒng)。</p><p>　　圖1.2 ABB公司推出的Azipod推進(jìn)器</p><p>　　下面有芬蘭ABB公司推出的Azipod為例來介紹吊

31、艙式推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)及其特點。Azipod是ABB工業(yè)公司吊艙式電力推進(jìn)的第一代產(chǎn)品，整個系統(tǒng)由冷卻模塊、能量傳輸控制裝置、滑環(huán)裝置、操舵裝置及吊艙模塊組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3 Azipod結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　冷卻模塊:冷卻模塊包括熱交換器和換氣扇，艙體內(nèi)的空氣循環(huán)流動、冷卻，溫度保持在電動機(jī)運(yùn)行的最優(yōu)水平。</p><p>

32、;　　操縱和傳送模塊:操縱裝置包括液壓電機(jī)、驅(qū)動齒輪、可旋轉(zhuǎn)的軸承等。動力由液壓泵提供。吊艙內(nèi)裝置所需的能量和數(shù)據(jù)的傳輸需通過安裝在裝置頂部的滑環(huán)進(jìn)行；</p><p>　　吊艙模塊:Azipod模塊中包括同步或異步電機(jī)。軸系包括螺旋槳推力軸承，軸承及軸封系統(tǒng)，運(yùn)用流體力學(xué)對吊艙進(jìn)行設(shè)計，以此獲得較高的水動力效率。</p><p>　　1.3 吊艙推進(jìn)的優(yōu)缺點分析</p>&

33、lt;p>　　吊艙式推進(jìn)有如下優(yōu)點：</p><p>　　（1）吊艙推進(jìn)器采用中高速柴油發(fā)動機(jī)，省去了舵、軸系等構(gòu)件，結(jié)構(gòu)更為緊湊，設(shè)備重量大大減輕了；</p><p>　　（2）吊艙推進(jìn)器可以安裝在船體的任何位置，給予了船舶的整體設(shè)計更大的空間。為了得到更高的推進(jìn)效率，一般吧推進(jìn)器裝配在船尾的位置上；</p><p>　?。?）推進(jìn)器安置在船尾，優(yōu)異的性能減

34、少了制動距離，增加了船舶的安全性能；</p><p>　　（4）在360度范圍內(nèi)吊艙式電力推進(jìn)裝置可自由旋轉(zhuǎn)，船舶的操縱性和機(jī)動性極大地得到了提高。配合船舶艏側(cè)推器，吊艙推進(jìn)器可使船舶完成橫向平移、原地回轉(zhuǎn)、精確定位。這些操作的常規(guī)推方式難以完成的；</p><p>　?。?）工作效率高，吊艙推進(jìn)器的應(yīng)用使船舶后體型線和結(jié)構(gòu)簡化，減少了設(shè)計上的費(fèi)用和時間；吊艙推進(jìn)器的模塊設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)化，從

35、而使安裝快速簡便.</p><p>　　吊艙式推進(jìn)也有一些缺點：</p><p>　　安裝了吊艙式推進(jìn)器，船體尾部形狀發(fā)生變化，后體長度減小，在船舶保持直線航行時，會受到一定的影響，需要在操作設(shè)備上進(jìn)行額外的補(bǔ)償；</p><p>　　船舶的回轉(zhuǎn)性能降低，因船后體減小，操舵力增加，船體可能會出現(xiàn)大幅度的搖擺。增大船尾鰭側(cè)面積，這一問題可以得到緩解。 </p&g

36、t;<p>　　隨著吊艙推進(jìn)裝置得應(yīng)用，會得到更多的對運(yùn)轉(zhuǎn)性能有用的數(shù)據(jù)，為將來的設(shè)計工作提供依據(jù)。可以相信，不遠(yuǎn)的將來，吊艙式推進(jìn)將和傳統(tǒng)的推進(jìn)方式一樣，成為標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)方式。</p><p>　　由于軸系式推進(jìn)器需要較長的軸系及偶合器，傳動效率低于吊艙式推進(jìn)器。對于一半民船而言，在相同的船體振動水平、航速和排水量要求的前提下，吊艙式推進(jìn)器所需的螺旋槳功率比常規(guī)軸系推進(jìn)器低14%左右，因此燃油量可降

37、低14%左右，對于長期運(yùn)行的船舶而言運(yùn)行費(fèi)用降低了，全壽命周期可大幅度降低。根據(jù)經(jīng)濟(jì)測算，吊艙式推進(jìn)器增加的購置費(fèi)用可在幾年內(nèi)收回，這也是吊艙式推進(jìn)器在民用船舶上推廣應(yīng)用的主要原因。</p><p>　　吊艙式推進(jìn)器將槳、舵、推進(jìn)電機(jī)合而為一，取消了軸系，無需對中等復(fù)雜工序，可在船舶建造后期進(jìn)行整體吊裝。簡便的安裝可縮短船舶建造周期，節(jié)省建造費(fèi)用。</p><p>　　影響船舶低噪聲性能的

38、因素主要包括空泡、脈動壓力、屏蔽措施等。由于吊艙式推進(jìn)器的特殊設(shè)計，使其空泡減少，脈動壓力降低，船舶艙室內(nèi)的噪聲較低，在水中的噪聲尚需要進(jìn)一步研究。</p><p>　　表1.1 三種不同推進(jìn)方式的操縱性能比較</p><p>　　第二章 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)分析</p><p>　　2.1船舶電力推進(jìn)的發(fā)展</p><p>　　最早在船上使用

39、的電氣設(shè)備僅僅是電氣照明設(shè)備。早期船舶，為照明及少量其他電氣設(shè)備，僅設(shè)有容量為幾千伏安的小電源。由于電能從產(chǎn)生、分配、傳輸?shù)绞褂?，具有?jīng)濟(jì)、可靠、方便控制靈活等一系列優(yōu)點，船上各種工作機(jī)械也逐漸普遍的以電力拖動代替了其他拖動形式，船用電動輔機(jī)隨著船舶本身大型化、專用化、高速化自動化的發(fā)展，容量也有了極大的增長。另外，各種導(dǎo)航設(shè)備，對內(nèi)外通信設(shè)備、新型設(shè)備、自動化設(shè)備等的大量采用，使整個船舶電流容量急劇增長?，F(xiàn)在，一艘普通的萬噸或幾十萬噸

40、的油船或貨船，電站功率小則為一千至幾千千瓦，大到一萬至幾萬千瓦。一艘航空母艦電站功率可達(dá)23000kW，幾乎相當(dāng)于一個中型城市的電站容量。</p><p>　　現(xiàn)代船舶的特點之一是船舶電氣化程度大大提高，電子技術(shù)深入到船電的各個領(lǐng)域，各種電氣設(shè)備在船上廣泛使用，船舶向自動化方面的發(fā)展。自20世紀(jì)60年代以來，電子技術(shù)已成為所有科技中發(fā)展最為迅速的方面，同樣對船電技術(shù)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響，目前，一艘大型測量船上，光

41、是通信、測量、導(dǎo)航的電子成套設(shè)備就有幾十套之多。另外，在電力的各個方面，如發(fā)電機(jī)的調(diào)壓裝置，電力拖動的自動控制設(shè)備、自動操舵儀、主機(jī)遙控等，都廣泛采用電子技術(shù)，某些領(lǐng)域還廣泛應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)。由于電子設(shè)備在船上廣泛應(yīng)用，使電氣和電子設(shè)備的費(fèi)用由以前占全船總費(fèi)用的6％～10％增加到15％～22％。</p><p>　　2.2 電力推進(jìn)的特點</p><p>　　船舶電力推進(jìn)就是采用電動機(jī)驅(qū)動螺

42、旋槳來推進(jìn)船舶運(yùn)行的一種推進(jìn)方式。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要組成部分是螺旋槳、電動機(jī)、供電裝置（發(fā)電機(jī)、蓄電池）、原動機(jī)及其控制調(diào)節(jié)裝置。電力推進(jìn)按其用途不同采用原動機(jī)種類不同及其控制方式不同，可以有不同的分法。但從電氣的概念劃分，可分為：直流電力推進(jìn)、交流電力推進(jìn)及交直流電力推進(jìn)三類。</p><p>　?。ㄒ唬╇娏ν七M(jìn)的主要優(yōu)點:</p><p>　　1.對發(fā)電機(jī)及其電動機(jī)可以很方便地實現(xiàn)

43、遠(yuǎn)距離的電氣控制（起動、停止、調(diào)速）。</p><p>　　2.選擇不同的功率、不同種類的發(fā)電機(jī)、電動機(jī)及其附屬設(shè)備，可以組成各種形式的主電路結(jié)構(gòu)。從而獲得效率較高的大功率輸出，而原動機(jī)的種類可以只限于幾種規(guī)格。</p><p>　　3.原動機(jī)不必反轉(zhuǎn)，依靠電動機(jī)反轉(zhuǎn)就可以實現(xiàn)船舶的進(jìn)退。</p><p>　　4.用高速原動機(jī)直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)，供給電動機(jī)。省去了中間的

44、機(jī)械轉(zhuǎn)速裝置。避免了原動機(jī)的沖擊、振動傳到螺旋槳。原動機(jī)可以在船舶的不同位置上布置。</p><p>　　5.合理選擇推進(jìn)電動機(jī)的組合方式，可最大限度地發(fā)揮原動機(jī)的功率輸出能力，作為船舶的推進(jìn)功率及船舶電氣負(fù)載的功率。有時，又可使船舶電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)與推進(jìn)的發(fā)電機(jī)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這就大大提高了船舶動力的生命力。</p><p>　　6.推進(jìn)電動機(jī)可以在其二倍額定轉(zhuǎn)矩下，過載快速起動，增加了船舶的

45、機(jī)動性。如果采用自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或使推進(jìn)軸上具有最有利的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系。例如，降低轉(zhuǎn)速時，可獲得最大轉(zhuǎn)矩。而螺旋槳阻力小時，可獲得最大的轉(zhuǎn)速。也可以在調(diào)速范圍內(nèi)維持恒轉(zhuǎn)矩輸出。</p><p>　?。ǘ╇娏ν七M(jìn)的缺點</p><p>　　1.由于能量的多次轉(zhuǎn)換，需要設(shè)備多，動力裝置的總重量增加，因而投資也就增大。</p><p>　　2.電力推進(jìn)

46、的控制系統(tǒng)一般比較復(fù)雜，需要較高水平的電氣技術(shù)人員維護(hù)。</p><p>　　3.與直接由原動機(jī)推動螺旋槳相比，電力推進(jìn)的能量損耗增加，總的推進(jìn)效率減低。這是電力推進(jìn)不能被大量采用的根本原因。</p><p>　　船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由推進(jìn)電動機(jī)帶動推進(jìn)器（螺旋槳），也有和其他動力裝置交替或聯(lián)合帶動推進(jìn)器（螺旋槳）的。由此可見，推進(jìn)用的電動機(jī)的功率是相當(dāng)大的，一般從幾百千瓦到十幾萬千瓦。供電給

47、推進(jìn)電動機(jī)的發(fā)電機(jī)組要單獨組成一個電站，和船舶的主電站分開供電，且屬于推進(jìn)系統(tǒng)的一部分，需按推進(jìn)系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計、制造。但是推進(jìn)系統(tǒng)的控制部分的用電仍由主電站提供。</p><p>　　由于其他推進(jìn)系統(tǒng)也在不斷完善，采用電力推進(jìn)系統(tǒng)就要考慮其優(yōu)點是否突出。如對一般運(yùn)輸船舶，其操縱性能要求不高，電站容量也不大，采用電力推進(jìn)的好處就不突出；如對于有冷藏加工的拖網(wǎng)漁船，船舶電網(wǎng)容量大，在拖網(wǎng)、 冷藏加工等工況相互交替

48、時可進(jìn)行平衡，而船舶的尺度較小，不允許多裝動力機(jī)組，此時選用電力推進(jìn)就比較合適。</p><p>　　水下航行的船只因在水下無空氣來源，采用其他動力裝置有困難，電力推進(jìn)系統(tǒng)就成為最理想的方案。</p><p>　　因此，電力推進(jìn)系統(tǒng)目前只在水下航行船舶、港作工程船舶等一些有條件的船上應(yīng)用，如潛艇、渡船、挖泥船、起重船、漁船、拖船、調(diào)查船、測量船、救生打撈船、布纜船、航標(biāo)船等。當(dāng)然，隨著可調(diào)

49、螺距推進(jìn)系統(tǒng)的不斷完善和推廣，上述很多種類的船上同樣可采用可調(diào)螺距推進(jìn)系統(tǒng)來代替電力推進(jìn)系統(tǒng)。</p><p>　　近年來，在拖船等工作船上，為了提高其機(jī)動性，實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向或橫向接近碼頭或他船的舷側(cè)，往往采用側(cè)向推進(jìn)系統(tǒng)來實現(xiàn)，即在船首（或船尾）部位放置一個側(cè)向推進(jìn)器（側(cè)推器），以柴油機(jī)來推動，也可以采用恒速電力拖動方案，依靠改變測推器的螺距角來改變側(cè)推方向和側(cè)推力大小。</p><p>

50、　　2.3 POD推進(jìn)器的特點</p><p><b>　　(1)操縱性能</b></p><p>　　由于吊艙式推進(jìn)器可以在范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將極大地提高艦船的操縱性能，緊急停車滑行距離短，回轉(zhuǎn)性能較好，縮小了回轉(zhuǎn)半徑。</p><p><b>　　(2)經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　吊艙式推

51、進(jìn)器的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在水動力和傳動效率高、節(jié)省建造時間、全壽命周期費(fèi)用較低等幾個方面。</p><p>　　對于使用常規(guī)軸系推進(jìn)器的船舶，需要裝備軸系、螺旋槳、舵和尾側(cè)推裝置，電機(jī)安裝在船體艙內(nèi)，通過常規(guī)方式驅(qū)動軸系帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動.電機(jī)的布置限制了船體的線型。根據(jù)經(jīng)濟(jì)測算，吊艙式推進(jìn)器增加的購置費(fèi)用可在幾年內(nèi)收回，這也是吊艙式推進(jìn)器在民用船舶上推廣應(yīng)用的主要原因，吊艙式推進(jìn)器將槳、舵、推進(jìn)電機(jī)合而為一，取消了軸系

52、，無需對中等復(fù)雜工序，可在船舶建造后期進(jìn)行整體吊裝。簡便的安裝可縮短船舶建造周期，節(jié)省建造費(fèi)用。</p><p><b>　　(3)低噪聲性能</b></p><p>　　影響船舶低噪聲性能的因素主要包括空泡、脈動壓力、屏蔽措施等。由于吊艙式推進(jìn)器的特殊設(shè)計，使其空泡減少脈動壓力降低，船舶艙室內(nèi)的噪聲較低。</p><p>　　由于吊艙式推進(jìn)器

53、取消了軸系和軸系支架，吊艙可采用流線型設(shè)計。由于吊能的調(diào)節(jié)作用，使螺旋槳處于較為均勻的流場中，因此可以使艦船獲取較好的空池性能?？张菰囼灲Y(jié)果表明，吊艙式推進(jìn)器在不同的旋轉(zhuǎn)角度下具有不同的空泡現(xiàn)象。</p><p><b>　　(4)布置靈活性</b></p><p>　　采用吊艙式推進(jìn)器后，不需要減速齒輪箱、尾軸系、尾舵和舵機(jī)及尾側(cè)推器等常規(guī)設(shè)備，使電力推進(jìn)設(shè)備布置靈

54、活，可節(jié)省艙容。</p><p><b>　　(5)可靠性</b></p><p>　　采用吊艙式推進(jìn)器的民用船舶在航率很高，經(jīng)過多年的運(yùn)行表明，吊艙式推進(jìn)器其有較高的可靠性。由于吊艙式推進(jìn)器是一種新型技術(shù)，故而各方對其比較關(guān)注，國內(nèi)對吊艙式</p><p>　　推進(jìn)器的可靠性擔(dān)心的主要是進(jìn)水事故。根據(jù)調(diào)研，見報道的進(jìn)水事故有三起:ALiIi一

55、起,SIF:MENS一起,ALSTOM一起，進(jìn)水事故均發(fā)生在大功率等級(A日B吊艙推進(jìn)器14MW, SIEMENS吊艙推進(jìn)器I1MW, ALSTOM吊艙推進(jìn)器LOMW )。吊艙式推進(jìn)器的推進(jìn)電動機(jī)安裝在舵槳內(nèi)，人們對吊艙的擔(dān)心是可以理解的，普遍認(rèn)為，如果吊艙推進(jìn)器11軸損壞漏水，將造成燒毀電機(jī)等嚴(yán)重?fù)p壞。這種觀點不僅在國內(nèi)，即使在國外也同樣存在，如The Motor Ship等國外期刊對ABB, SIEMENS, ALSTOM公司的采用

56、吊艙推進(jìn)器的艦船在報道時就將軸封翻水與損壞電動機(jī)直接聯(lián)系在一起。但ABB. SIEMENS公司的技術(shù)人員稱這續(xù)報道對吊艙推進(jìn)器存在偏見，因為，雖然出現(xiàn)過軸封進(jìn)水事故，但兩起事故均未對電動機(jī)產(chǎn)生任何影響，修理時也只是將軸封進(jìn)行更換，并由此進(jìn)一步改進(jìn)了設(shè)計以減少軸封漏水事故的發(fā)生。</p><p>　　圖2.1 SSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀圖</p><p>　　2.4 船舶電力系統(tǒng)的組成<

57、/p><p>　　船舶電力系統(tǒng)一般主要由電源，配電裝置，電網(wǎng)和電力負(fù)載四部分組成。</p><p>　　傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)的各部分在船舶布置簡圖如圖2.2所示</p><p>　　圖2.2 船舶電力系統(tǒng)簡圖</p><p><b>　　(1)船舶電源</b></p><p>　　船舶電源是船舶電力系

58、統(tǒng)的心臟。它發(fā)出電能供全船用電設(shè)備使用。由于各種用電設(shè)備對供電的要求不完全相同，因此船舶上往往需要設(shè)置多個不同用途的獨立電源。根據(jù)他們的供電范圍和供電時間的不同，船舶電源有主電源和應(yīng)急電源之分。</p><p><b>　　(2)全船配電</b></p><p>　　主發(fā)電機(jī)的保護(hù)、監(jiān)測和控制以及配電等功能組合在一起配電裝置。按用途可以分為主配電板、區(qū)域配電板、應(yīng)急配

59、電板。</p><p><b>　　(3)船舶負(fù)載</b></p><p>　　船舶負(fù)載包括電動機(jī)類的動力負(fù)載和照明類的單向負(fù)載。螺旋槳推進(jìn)器是船舶電力推進(jìn)中最為重要的組成部分。</p><p><b>　　(4)其它問題</b></p><p>　　與船舶電力系統(tǒng)息息相關(guān)的還有同步發(fā)電機(jī)的啟動、發(fā)

60、電機(jī)組的并車和電網(wǎng)的有功功率、無功功率。</p><p>　　2.5 船舶的電力系統(tǒng)功率分配分析 </p><p>　　船舶的電能除了一小部分用于照明設(shè)備，其中大部分的電能是被電動機(jī)所消耗的，因此，把握好電動機(jī)負(fù)荷。</p><p>　　要計算船舶的分配功率，就要知道電力推進(jìn)系統(tǒng)的能量傳輸過程，如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3

61、 電力推進(jìn)系統(tǒng)的能量傳輸示意圖</p><p>　　整個電力系統(tǒng)的效率為：</p><p>　　對每一部分的電能傳遞效率可通過計算確定，額定工況下能量效率因數(shù)如下：</p><p>　　發(fā)電機(jī)：＝0.95～0.97；</p><p>　　配電板：＝0.999；</p><p>　　變壓器：＝0.99～0.995；&l

62、t;/p><p>　　變頻器：＝0.98～0.99；</p><p>　　電動機(jī)：＝0.95～0.97。</p><p>　　若一艘電子船舶的發(fā)電機(jī)和主配電板效率 = 0.965；變壓器效率因數(shù)= 0.985；變頻器效率因素= 0.99；電動機(jī)效率因數(shù)＝0.969；電動機(jī)軸系效率因數(shù)＝0.998；旋轉(zhuǎn)變流器的電動機(jī)效率因數(shù)＝0.95，發(fā)電機(jī)效率因數(shù)＝0.96。螺旋槳所需

63、推進(jìn)功率= 3819kW；低壓全船用電=1500kW；功率儲備EM＝10％。</p><p>　　已知由發(fā)電機(jī)經(jīng)過配電板—變壓器—變頻器—電動機(jī)—軸系的各部分能量傳遞效率，得到螺旋漿推進(jìn)所需的功率：</p><p>　　低壓負(fù)載所需要的功率：</p><p><b>　　全船總功率：</b></p><p>　　一般船舶

64、還應(yīng)10％的功率用于儲備，所以需要的總功率為：</p><p>　　通過上述計算得到的結(jié)果可以作為船舶主柴油機(jī)的參考裝機(jī)容量。</p><p>　　第三章 吊艙式推進(jìn)器水動力性能計算及實驗 </p><p><b>　　3.1數(shù)值計算方法</b></p><p>　　考慮處于無限流場中的單槳式吊艙推進(jìn)器，其螺旋槳置于吊

65、艙的首部：拖式，尾部:推式；流體理想、不可壓縮。</p><p>　　建立直角坐標(biāo)系Oxyz固定與漿上，同時建立固定與吊艙上直角坐標(biāo)系Ox′y′z′進(jìn)行數(shù)值計算，在開始時兩坐標(biāo)系是重合的。x軸指向槳葉下游且與槳軸線重合；y軸在初始時刻豎直向上且與槳葉參考線重合；z軸在初始時刻水平向左，運(yùn)用右手法則確定；坐標(biāo)系原點O位于槳葉參考線與槳軸線的交點處；均勻來流槳葉繞x軸負(fù)向旋轉(zhuǎn)，沿x軸正向。</p>&l

66、t;p>　　3.1.1 螺旋槳計算采用升力面理論渦格法</p><p>　　數(shù)值計算中，螺旋槳由布置于槳葉拱弧面上及尾流中的奇點系來代替，槳葉厚度影響用源匯系來模擬，升力用附著渦系和自由渦系來模擬。沿槳葉展向布置附著渦元，其強(qiáng)度未知；奇點系（螺旋槳）離散為線元；沿弦向布置葉片區(qū)及尾流區(qū)的自由渦元，其強(qiáng)度大小與對應(yīng)的附著渦強(qiáng)度相關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗選取的剖面粘性阻力系數(shù)來計算粘性力。在槳葉區(qū)渦格上的適當(dāng)位置布置控制點

67、，通過滿足物面條件，建立關(guān)于附著渦強(qiáng)度的線性方程組，通過解這個線性方程得到槳葉負(fù)荷分布狀況，并計算出水動力。</p><p>　　布置渦格時，弦向等分格，展向在等半徑分格的基礎(chǔ)上對葉梢附近進(jìn)行加密，以適應(yīng)該區(qū)域幾何形狀及負(fù)荷變化較大的特點.展向分格表示為： </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：△r為徑向

68、分格間距；ri為徑向分格半徑；R、分別為葉梢半徑和槳轂半徑；M為徑向分格間距。 </p><p><b>　　弦向分格表示為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：sj為弦向無因次分格位置； N為弦向分格數(shù)。</p><p>　　

69、在各渦格的中心處布置控制點，它的位置可表示為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：上標(biāo)k表示控制點；ri為徑向分格半徑；s=0為導(dǎo)邊，s=1為隨邊。</p><p>　　通過流體不可穿透的邊界條件，得到附著渦環(huán)量線性方程：</p><p>　　i=1，2，…，M； j=1，2，…

70、，N （3-4）</p><p>　　式中：K表示為單位強(qiáng)度渦線單元對控制點處誘導(dǎo)速度的法向分量；為尾渦線分格數(shù)；Z表示槳葉數(shù)；s表示為展向渦；c表示弦向渦；w表示尾渦；m、n分別為渦線單元的展向、弦向編號； i、j分別為控制點的展向、弦向編號；下標(biāo)k為槳葉編號；為拱弧面法向矢量；表示控制點處的相對來流速度，表示沿x軸正向來流速度，為繞x軸的旋轉(zhuǎn)角速度矢量， 表

71、示模擬槳葉厚度影響的源匯誘導(dǎo)速度； 表示吊艙對槳誘導(dǎo)速度；r為控制點在yOz平面內(nèi)的投影位置矢量。</p><p>　　3.1.2 吊艙計算采用面元法</p><p>　　回轉(zhuǎn)體形狀的艙體及流線型支架這兩部分構(gòu)成吊艙。吊艙處在均勻來流及螺旋槳誘導(dǎo)速度構(gòu)成的勢流場中。槳轂不跟著槳葉一起轉(zhuǎn)動，它當(dāng)做吊艙一部分，與支架和艙體采用面元法計算。</p><p>　　吊艙的擾動

72、速度勢： （3-5）</p><p>　　式中： p、q分別表示為場點、源點；S表示為吊艙表面； 表示p、q之間的距離；為物面源匯分布密度。</p><p>　　流體不可穿透之邊界條件為 </p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　

73、式中：表示吊艙表面外法向矢量；表示螺旋槳對吊艙的誘導(dǎo)速度。根據(jù)式(3-5)求p點的法向偏導(dǎo)，并將式(3-6)代入，可得第2類Fredholm積分方程：</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　通過解方程(3-7)得到Ρ的分布，以及物面上及其周圍的速度和壓力分布。此時僅考慮螺吊艙與螺旋槳的相互作用，忽略吊艙的受力。通過疊代計算得到吊艙與螺旋槳

74、來流場包含了另一方的擾動速度VPD及VPR，最終得到收斂的吊艙及螺旋槳的性能。因為它們之間的相對運(yùn)動，吊艙與螺旋槳間的水動力性能和相互作用隨時間呈周期性變化。</p><p>　　示意圖3.1是拖式吊艙式船舶推進(jìn)器的尾渦模型。螺旋槳葉尾流可分為兩部分包括遠(yuǎn)尾流區(qū)和近尾流區(qū)，尾渦線半徑以及螺距角在近尾流區(qū)均是可變量，而在遠(yuǎn)尾流區(qū)均是常數(shù)，其值與各自在近尾流區(qū)結(jié)束處的值相等。以槳葉隨邊到吊艙尾部作為近尾流區(qū)，吊艙艙體

75、與從葉根出發(fā)的尾渦表面平行，螺旋槳葉梢出發(fā)的尾渦半徑從0.98R變至0.83R。從隨邊處的尾渦螺距角至遠(yuǎn)尾流區(qū)的隨拋物線變化，其中：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中：為包含了吊艙對螺旋槳誘導(dǎo)速度的進(jìn)角； 為幾何螺距角。</p><p>　　圖3.1　拖式吊艙式船舶推進(jìn)器尾渦模型</p>&

76、lt;p>　　拖式吊艙船舶推進(jìn)器有艙體及支架，尾渦螺距角隨尾渦區(qū)軸向流速增加而增大，采用來分析計算。</p><p>　　推式吊艙船舶推進(jìn)器的吊艙置于槳葉上端部分，因此采用單槳尾渦模型,尾渦螺距角按式(3-8)計算，但取。 </p><p><b>　　3.2 分析計算</b></p><p>　　吊艙的主要幾何參數(shù)：艙體長度1106mm

77、，最大直徑300 mm；支架展長380 mm，弦長200 mm，最大厚度20 mm。螺旋槳的主要幾何參數(shù)：直徑500mm，4葉，盤面比0.60，轂徑比0.30，側(cè)斜角35°，推式槳0.7R處的螺距比為1.274，拖式槳0.7R處的螺距比為1.284。</p><p>　　吊艙艙體軸向分格數(shù)MB=29；槳葉的分格數(shù)M=15，N=10，周向分格N B=24；剖面周向分格數(shù)為NS=24；支架高度方向分格數(shù)為M

78、S=12，整個吊艙共分1104個面元。計算網(wǎng)格模型如圖3.2所示：</p><p><b>　　圖3.2　計算網(wǎng)格</b></p><p>　　圖3.3為計算結(jié)果與試驗值的比較，推力系數(shù)計算值與試驗值基本吻合。</p><p>　　圖3.4(a)表示在不同進(jìn)速系數(shù)下，拖式吊艙螺旋槳與相同槳在無吊艙情況下的徑向環(huán)量分布的比較，縱坐標(biāo)G表示無因次環(huán)

79、量。由下圖可得，吊艙的阻塞作用致使螺旋槳的負(fù)荷增大，但它隨著進(jìn)速系數(shù)的增大而減小。圖3.4(b)表示在不同進(jìn)速系數(shù)下，推式吊艙螺旋槳及相同槳在無吊艙情況下的徑向環(huán)量分布的比較。吊艙的阻塞作用致使螺旋槳的負(fù)荷增大，這與拖式相同，但其增加量略小，可能存在的原因是支架及艙體的作用導(dǎo)致槳盤面流速增大，從而一部分阻塞作用引起的流速下降被抵消。不過實際情況還應(yīng)該考慮支架尾渦及粘性。</p><p>　　計算了J=0.8時吊艙

80、在槳盤面處的軸向誘導(dǎo)速度ua，如圖3.5所示。圖中為角坐標(biāo)，=0是表示處于槳軸的正上方；由圖3.5(a)可見，r/R 表示無因次半徑。高伴流區(qū)位于支架的正前方，從而使螺旋槳負(fù)荷產(chǎn)生1倍葉頻分量；在其它角位置時，伴流大部分隨著r /R減小而增打，因為同時受到艙體頭部加速流動影響，在葉根附近伴流反而減小。圖3.5(b)可見，推式的誘導(dǎo)速度分布規(guī)律較拖式相似，支架正后方也存有一個高伴流的區(qū)域，不同的是峰值較拖式的要??；在其它角位置誘導(dǎo)速度隨r

81、 /R的變化律較復(fù)雜；平均伴流盤面值較拖式的要小，與圖3.4的環(huán)量變化規(guī)律相同。</p><p>　　圖3.3　計算結(jié)果與試驗值的比較</p><p>　　圖3.4　吊艙對螺旋槳負(fù)荷分布的影響</p><p>　　圖3.5　吊艙在槳盤面處的軸向誘導(dǎo)速度分布</p><p>　　本章運(yùn)用單槳式吊艙推進(jìn)器定常水動力性能理論計算方法,分析計算得到吊

82、艙對槳葉載荷分布的影響及吊艙引起的伴流分布規(guī)律。因吊艙的阻塞作用，使得推式和拖式吊艙推進(jìn)器的螺旋槳載荷均增加；吊艙支架位于其正前方及正后方均產(chǎn)生一個高伴流的區(qū)域。得到的性能計算結(jié)果與試驗值相吻合，表明載荷分布的計算結(jié)果是有效的，吊艙誘導(dǎo)速度計算結(jié)果在物理定性上是正確的。</p><p><b>　　第四章 螺旋槳</b></p><p>　　4.1螺旋槳的基本工作原

83、理</p><p>　　螺旋槳的工作是靠漿葉向后撥水來實現(xiàn)的。葉元體就是半徑為r和(r+dr)的圓弧所截取的一小段槳葉。槳葉的作用可以看作無數(shù)個葉元體作用的總和。葉元體的作用可看作一個無限長(二因次)的機(jī)翼的一小段(翼弦為b，翼展為dr)的作用。我們就可把流體力學(xué)中機(jī)翼理論的某些結(jié)果應(yīng)用于螺旋槳槳葉，然后再考慮它的特殊性,如長度是有限的(三因次問題)，有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動等。所以，我們研究螺旋槳工作原理時，先從認(rèn)識機(jī)翼切面

84、水動力特性入手。</p><p>　　螺旋槳的槳葉截面猶如一個機(jī)翼的斷面，為了闡明螺旋槳產(chǎn)生推力的原因，我們首先來分析流體對機(jī)翼的繞流情況。</p><p>　　圖4.1（a） 作用于葉片上的流體動力（無攻角）</p><p>　　設(shè)將一塊上凸下平的機(jī)翼放于流體中，其流線情況如圖4.1（a）所示。在機(jī)翼附近處流線發(fā)生彎曲，在遠(yuǎn)離機(jī)翼上下一定的距離之外，流線又恢復(fù)平直

85、。不難理解，翼面上方的流體速度大于翼面下方的流體速度?，F(xiàn)在再分析機(jī)翼下部所受的流體壓力，設(shè)其下部與流體的流速平行（相當(dāng)于無攻角情況），這時流經(jīng)機(jī)翼下部的流速與截面a一a的流速大致相同，因此機(jī)翼下部的流體靜力亦大致與截面a一a處的靜壓力相同。由于機(jī)翼上部的壓力小于機(jī)翼下部的壓力，所以機(jī)翼上下就形成壓力差，該壓力差連同流體流經(jīng)機(jī)翼時產(chǎn)生的摩擦力合成一總的流體動力R?？蓪分成兩個分力：一個分力X（平行于流體流動方向），阻止機(jī)翼的前進(jìn)運(yùn)動，該

86、力稱為阻力；另一個分力Y垂直流體的流動方向，稱為升力。</p><p>　　圖4.1（b） 作用于葉片上的流體動力（有攻角）</p><p>　　若機(jī)翼的前緣略為向上仰起（圖4.1b）），即機(jī)翼與流動方向形成一個不大的攻角。則機(jī)翼的繞流情況將發(fā)生變化，從而使作用于機(jī)翼上的流體動力增加。由圖4.1（b）可以看出、截面a一b仍然大于截面a＇一b＇，所以機(jī)翼上部的壓力小于。而截面b一c則小于截面

87、b＇＇-c＇＇，所以機(jī)翼下部的壓力仍大于，顯然，機(jī)翼上下的壓力差較之無攻角時的還要大，換句話說；隨著攻角的增加．作用在機(jī)翼上的流體動力也愈大。</p><p>　　我們進(jìn)一步分析影響升力的各種因素。</p><p>　　由伯努利方程式可知，流體速度愈大，機(jī)翼上下的壓力差愈大，因而升力也愈大。實驗證明，升力與速度的平方成正比。</p><p>　　升力產(chǎn)生的主要原因是

88、由于機(jī)翼上下存在著壓力差，壓力差作用的面積愈大，所產(chǎn)生的升力愈大。因此升力還與機(jī)翼面積成正比。對于阻力X有著和升力Y相同的結(jié)論。</p><p>　　綜合以上所述，可將升力和阻力分別用下式表示：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　（4-2）</b></p><p

89、>　　式中 --相對機(jī)翼的流體速度； F--機(jī)翼的投影面積； --流體的密度， </p><p>　　--升力系數(shù)， --阻力系數(shù)。 和是翼型和攻角的函數(shù)。</p><p>　　對機(jī)冀產(chǎn)生升力的原因作了分析之后，我們現(xiàn)在就可以進(jìn)一步研究螺旋槳產(chǎn)生推力的原因。我們可以把槳葉看作是處于攻角為、速度為的水流中機(jī)翼的一部分，作用于這部分機(jī)翼上的升力就形成了螺旋槳

90、的推力。</p><p>　　當(dāng)研究螺旋槳的繞流情況時，我們還應(yīng)指出，螺旋槳工作時，水流不但獲得了軸向誘導(dǎo)速度，而且沿螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向也獲得了切向誘導(dǎo)速度。</p><p>　　切向誘導(dǎo)速度只是水流通過螺旋槳盤面時才開始形成的，它是由流體流經(jīng)螺旋槳時因扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。設(shè)螺旋槳后面遠(yuǎn)處的切向誘導(dǎo)速度為，由于經(jīng)過螺旋槳之后的流體不再受到外力的作用，因而將保持不變。通過理論可以證明在盤面處的切向誘

91、導(dǎo)速度為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　現(xiàn)在．我們可以作出槳葉任意半徑處葉片的流體速度多角形（圖4.2）．其中包括鈾向誘導(dǎo)速度和切向誘導(dǎo)速度。從圖中可以看出作用在葉片上的相對流速是未擾動的水流速度切向速度以及誘導(dǎo)速度和等合成的結(jié)果。該合成速度以一定的攻角作用于葉片上．葉片剖面猶如一個機(jī)翼剖面，根據(jù)機(jī)翼產(chǎn)生升力的同樣道理，在葉片上同

92、樣產(chǎn)生流體動力的作用。</p><p>　　圖4.2（a） 葉片上的作用力多角形</p><p>　　圖4.2（b） 葉片上的速度多角形</p><p>　　設(shè)作用于半徑為r、寬度為b、長度為dr葉片上的升力和阻力分別為dY和dX，則根據(jù)機(jī)翼理論可表示如下：</p><p><b>　?。?-4）</b></p&g

93、t;<p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　升力系數(shù)和阻力系數(shù)可以通過實驗確定。升力dY與流速相垂直，阻力dX與的方向相反。</p><p>　　流體動力沿螺旋槳軸線方向及切線方向的分力分別為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><

94、b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中dP即為葉元所產(chǎn)生的推力，而dQ即為葉元的回轉(zhuǎn)阻力。</p><p>　　如果巳知葉元力dP及dQ沿螺旋槳葉片長度上的分布規(guī)律，則由螺旋槳產(chǎn)生的總推力及回轉(zhuǎn)阻力矩可分別由下列式子表示：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>&

95、lt;b>　　（4-9）</b></p><p>　　式中 z--螺旋槳的葉片數(shù)；</p><p>　　R--螺旋槳的外半徑；</p><p>　　r--螺旋槳轂半徑。</p><p>　　螺旋槳的推力及回轉(zhuǎn)力矩通常用無因次系數(shù)表示，應(yīng)用無因次系數(shù)可以使螺旋槳的模型實驗結(jié)果運(yùn)用于幾何相似的任何螺旋槳。</p>

96、<p>　　對于既定幾問形狀的螺旋槳在給定流速的情況下，螺旋槳的推力及力矩正比于流體密度、轉(zhuǎn)數(shù)n（1/s）及直徑D（m）。因此存在著下列關(guān)系式：</p><p><b>　　（4-10）</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中：及分別稱為無困次推力系數(shù)及力矩系數(shù)。推力的

97、單位為N，而力矩的單位為，對上述公式的兩邊進(jìn)行因次比較便可確定出上述兩式中的指數(shù)，其結(jié)果為</p><p>　　x＝1，y＝2，z＝4，R＝1，S＝2，T＝5，</p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　（4-12）</b></p><p><b>　?。?-1

98、3）</b></p><p>　　系數(shù)及僅與螺旋槳的進(jìn)程有關(guān)，所謂進(jìn)程是指螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周實際前進(jìn)的距離，即 （4－14）</p><p>　　取進(jìn)程與螺旋槳直徑之比，則得到螺旋槳的相對進(jìn)程，它是一個無因次量，其值為</p><p><b>　?。?-15）</b></p&g

99、t;<p>　　螺旋槳的效率亦可以用無因次系數(shù)、及表示：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中為螺旋槳的旋轉(zhuǎn)角速度。</p><p>　　圖3.10表示出了、及與表的關(guān)系，這種曲線稱為螺旋槳的作用曲線。該曲線表明了對于既定幾何形狀的螺旋槳，當(dāng)其工作規(guī)范不同時，則對應(yīng)的、及值也都不相同。<

100、/p><p>　　圖4.3螺旋槳作用曲線</p><p>　　當(dāng)時，即螺旋槳原地旋轉(zhuǎn)，由于這時螺旋槳的軸向速度，槳葉的攻角具有很大的值，故系數(shù)及達(dá)到最大值。隨著的增大，則攻角逐漸減小，系數(shù)及亦隨之減小。</p><p>　　4.2 螺旋槳的主要參數(shù)</p><p><b>　　幾何參數(shù)：</b></p><

101、;p>　　1、直徑(D)：影響螺旋槳性能重要參數(shù)之一。一般情況下，直徑增大拉力隨之增大，效率隨之提高。所以在結(jié)構(gòu)允許的情況下盡量選直徑較大的螺旋槳。此外還要考慮螺旋槳槳尖氣流速度不應(yīng)過大(＜0.7音速)，否則可能出現(xiàn)激波，導(dǎo)致效率降低；</p><p>　　2、槳葉數(shù)目(B)：可以認(rèn)為螺旋槳的拉力系數(shù)和功率系數(shù)與槳葉數(shù)目成正比；</p><p>　　3、單的雙葉槳。只是在螺旋槳直徑受

102、到限制時，采用增加槳葉數(shù)目的方法使螺旋槳與發(fā)動機(jī)獲得良好的配合； </p><p>　　4、實度(σ)：槳葉面積與螺旋槳旋轉(zhuǎn)面積(πR2)的比值。它的影響與槳葉數(shù)目的影響相似。隨實度增加拉力系數(shù)和功率系數(shù)增大； </p><p>　　5、槳葉角(β)：槳葉角隨半徑變化，其變化規(guī)律是影響槳工作性能最主要的因素。習(xí)慣上以70％直徑處槳葉角值為該槳槳葉角的名稱值； </p><

103、;p>　　6、螺距：它是槳葉角的另一種表示方法； </p><p>　　7、幾何螺距(H)：槳葉剖面迎角為零時，槳葉旋轉(zhuǎn)一周所前進(jìn)的距離。它反映了槳葉 角的大小，更直接指出螺旋槳的工作特性。槳葉各剖面的幾何螺矩可能是不相等的。習(xí)慣上以70％直徑處的幾何螺矩做名稱值。國外可按照直徑和螺距訂購螺旋槳。如 64／34，表示該槳直徑為60英寸，幾何螺矩為34英寸； </p><p>　　8、

104、實際螺距(Hg)：槳葉旋轉(zhuǎn)一周飛機(jī)所前進(jìn)的距離?？捎肏g＝v/n計算螺旋槳的實際螺矩值?？砂碒＝1.1～1.3Hg粗略估計該機(jī)所用螺旋槳幾何螺矩的數(shù)值；</p><p>　　9、理論螺矩(HT)：設(shè)計螺旋槳時必須考慮空氣流過螺旋槳時速度增加，流過螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面的氣流速度大于飛行速度。因而螺旋槳相對空氣而言所前進(jìn)的距離一理論螺矩將大于實際螺矩。</p><p>　　4.3 螺旋槳的簡化設(shè)計

105、</p><p>　　目前．我國大致有三種設(shè)計螺旋槳的方法。第一種是經(jīng)驗設(shè)計法，主要根據(jù)對螺旋槳的使用經(jīng)驗．再輔以簡單的經(jīng)驗設(shè)計公式進(jìn)行計算設(shè)計。我國許多內(nèi)河和沿海區(qū)域小船的螺旋槳就是有經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計出來的，但是這樣方法設(shè)計出來的螺旋槳使用性能還不夠穩(wěn)定。一類是借助于根據(jù)螺旋槳模型試驗結(jié)果繪制的圖譜進(jìn)行設(shè)計。這種方法比較簡單、力便、可靠，一般也能設(shè)計以性能良好的螺旋槳，應(yīng)用極廣。再一種是環(huán)流理論設(shè)計法就是以渦旋理

106、淪為基礎(chǔ)，利用翼型試驗資料，把槳葉分成若干個切面進(jìn)行設(shè)計。它可以逐個切面地考慮伴流的影響，按最佳負(fù)荷條件設(shè)計，可以獲得較高的效率，但設(shè)計比較麻煩，難以理解，花費(fèi)工時多，所設(shè)計螺旋槳制造比較困難，我國目前尚少采用</p><p>　　綜合考慮，我們采用的就是第一種設(shè)計方法，即經(jīng)驗設(shè)計法:</p><p><b>　　一、已知參數(shù)</b></p><p

107、><b>　?。ㄒ唬┐囊?lt;/b></p><p>　　水線長 25.00m 型寬 5.50m</p><p>　　吃水 1.40m 排水量 106.50t</p><p>　　航速 16

108、 C 0.55</p><p><b>　?。ǘ﹦恿ρb置</b></p><p>　　主機(jī)：6135柴油機(jī)一臺</p><p>　　額定功率 P=110.3KW</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速 n=1500</p><p><b>　　二、各參數(shù)的計算<

109、/b></p><p>　?。ㄒ唬┞菪龢盏降墓β?lt;/p><p><b>　　（二）螺旋槳轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　n==8.88s</b></p><p>　　(三) 初估螺旋槳直徑</p><p>　　初選四葉槳，EAR=0.5</p>

110、<p><b>　　由</b></p><p><b>　?。ㄋ模┕腊榱飨禂?shù)</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　今取m=1（單槳）；D=1.05 m。由于本船，故須作修正：</p><p><b>　　有 </b&

111、gt;</p><p><b>　?。ㄎ澹┣舐菪龢M(jìn)速</b></p><p><b>　?。┣筘?fù)荷系數(shù)</b></p><p>　?。ㄆ撸┣舐菪龢罴岩?lt;/p><p>　　查第二組圖譜，當(dāng)0.1739B=1.174時得，。</p><p><b>　　則最

112、佳直徑：</b></p><p>　　H=0.65 D=0.7m</p><p>　　若按B3-50槳的回歸公式計算：</p><p><b>　　根據(jù)和可算出：</b></p><p>　　二種算法的結(jié)果比較接近，考慮本船吃水較深，故選取直徑D=1.1，H=0.65，EAR=0.5，則效率估計為0.54。

113、</p><p>　　（八）螺旋槳的推力T</p><p>　　查設(shè)計手冊得， 可得：</p><p>　　第五章 吊艙螺旋槳的分析</p><p>　　拖式吊艙推進(jìn)器螺旋槳和吊艙之間的間隙對螺旋槳的推力測量有很大的影響，螺旋槳的扭矩也受到一定程度的影響。對整個吊艙推進(jìn)裝置的敞水特性而言，幾乎不受吊艙與螺旋槳之間間隙的影響。此外，螺旋槳吊艙之