螺旋桨的工作原理

螺旋桨的工作原理

上次课给大家介绍了船艇

水阻力的三种主要成分的形成原因及影响其大小的主要因素。（那么这三种阻力是哪三种？选其中一种提问其成因）。我们知道，船艇在水中运动要受到阻力的影响。那么船艇为什么能在水中运动？它是靠什么推动的呢？它又是怎样推动的呢？这就是我们这次课要给大家介绍的内容。

我们把推动船艇运动的装置称为推进器。推进器的种类很多，我们常见的有明轮推进器、喷水推进器、平旋推进器和螺旋桨等。目前应用最广泛的推进器是螺旋桨，它的特点是：推进效

率高，结构

简单，工作可靠。下面我

们就来看一看

一、螺旋桨的结构、

配置和螺旋桨水流

（一）螺旋桨的结构

螺旋桨由桨毂、桨叶和整

流罩等组成，并通过桨毂与尾轴相连。一般螺旋桨有3〜5个桨叶，有的则多达6个。下面给大家介绍几个有关螺旋桨的几何名词。（结合幻灯片）

螺距一一螺旋桨绕轴旋转一圈，沿轴向前进的几何距离。（P）

螺旋桨按旋转方向可分为左旋螺旋桨和右旋螺旋桨两种，从艇尾向前看，进车时顺时针旋转的称右旋螺旋桨；反时针旋转

的

称左旋螺旋桨。我们怎样判断一个静止的螺旋桨是左旋还是右旋呢？将螺旋桨平放，从侧面看，桨叶向右上方倾斜的为右旋螺旋桨；桨叶向左上方倾斜的为左旋螺旋桨。

（二）螺旋桨的配置螺旋桨的配置一般有

单螺旋桨、双螺旋桨、三螺旋桨和四螺旋桨等。地

方商船一般采用单螺旋

桨，且多数为右旋螺旋桨;

公边船艇一般采用双螺旋

桨或四螺旋桨配置，且多采用外旋式（即右舷安装

右旋螺旋桨，左舷安装左旋螺旋桨；若右舷安装左旋螺旋桨，左舷安装右旋螺旋桨，则称为内旋式）三螺旋桨船相对较少。

（三）螺旋桨工作时的水流

排出流、吸入流、顶流、伴流

这四种水流只有排出流和吸入流与螺旋桨直接相关。而顶

流和伴流则与船艇是否对水移动

有关，只有船艇对水移动时才产生顶流和伴流，且随艇速增加而增大。

二、螺旋桨的推力和阻力

（一）水翼原理

水翼从形状上可分为机翼形水翼和弓形水翼。船艇上的舵就属于机翼形水翼，螺旋桨桨叶

则是弓形水翼。

当水翼与水流成一攻角后。翼板前面压力要高于翼背面的压力，形成压力差，使翼板前面的水流流至尾部锐缘后转向背面，导致翼剖面周围形成环流。这个环流与原来的水流形成叠加，使翼背面水流流速大增，压力明显下降；翼前面水流流速降低，压力升高。从而进一步加大了压力差，产生了垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力。

根据实验，可得水翼在水中运动的升力和阻力的公式如下：

升力L=C 升SV2 阻力D=C 阻SV2其中：V ——水翼相对于水的速度（米/秒）

S——水翼面积（米2）

C 升——升力系数，是

攻角和水的密度（p）的函数。

C 阻——阻力系数，是攻角和水的密度（p）的函数。

（二）螺旋桨的推力和阻力

以一片桨叶的截面为例：当船艇静止时，螺旋桨开始工作，把螺旋桨看成不动，则水流以攻角a流向桨叶，其速度为

2n nr（n 为转速；r 为该截面半径）。根据水翼原理，桨叶要受升力和阻力的作用，推动螺旋桨前进，即推动船艇前进。船艇运动会产生顶流和伴流。继续把船艇看成不动，则顶流以与艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋桨流来，而伴流则以与艇速方向相同，流

速为U r向螺旋桨流来。通

过速度合成，我们可以得到与螺

旋桨成攻角a,向桨叶流来的合水

流。则桨叶受到合水流升力dL

和阻力dD的作用，将升力和阻

力

分解，则得到平行和垂直

艇首尾线的分力:

U r

dT = dL - cos 3 —

dD sin 3

dQ = dL -sin 3 +

dD cos 3

dT使船艇前进称为推力；

dQ称为横向力，即桨叶的旋转

阻力。

显然，攻角a和流入桨

叶的水流合速度V合决定了T

和Q的大小。通常螺旋桨转速

越高，而航速越

低，即攻角a较大时，T和

Q 也越大。

设艇速V 不变，如伴流流速增加（合速度减小），则攻角增大，推力和阻力也大；如果螺旋桨转速增加（合速度增加），则攻角增大，推力和阻力也大。当船艇静止不动时，螺旋桨转动时，水流攻角很大，则推力和阻力可能达到很大的值。阻力过大，对主机工作不利。所以船艇在从静止开始用车时，不宜用高速；同理，船艇在前进中换倒车时或从后退中换正车时，都应经过停车阶段，让艇速下降后再行转换，而不宜直接转换。主要是防止出现大攻角，产生巨大的旋转阻力，造成主机超负荷。

下面给大家介绍一个滑失

的概念。如果螺旋桨旋转一周，同时前进的距离等于螺旋桨的螺距P,设螺旋桨转速为n,则理论前进速度为n P。也

就是说将不产生水被螺旋桨前后拨动的现象，然而事实上，螺旋桨总是随船一起以低于nP 的进速V s 对水作前进运动。那么螺旋桨旋转一周在轴向上前进的实际距离为h p (= V s/n),

称为进距。于是我们把P 与

h p 之差(P—h p)称为滑失。

滑失与螺距P 之比为滑失比：

S r=( P—h p) /P=( nP

—V s) /nP= 1—V s/nP

式中V s/nP 称为进距

比。

从式中可以得出,当

V s= nP 时，S r = 0。即卩P= h p 也就是螺旋桨将不产生对水前后拨动的现象，螺旋桨给水的推力为零。

因此我们可以得出结论：