船舶螺旋桨理论
螺旋桨推力计算模型根据船舶原理知通过资料
螺旋桨推力计算模型根据船舶原理知通过资料螺旋桨是船舶的主要推进器件，它的淌水特性对船舶的推力性能具有重要影响。
螺旋桨推力计算模型可以根据船舶原理和相关资料提供有效的推力计算方法。
本文将从螺旋桨的基本原理、淌水特性以及推力计算模型等方面进行详细介绍。
一、螺旋桨的基本原理螺旋桨是船舶的主要推进器件，它由一系列螺旋线形成。
当螺旋桨旋转时，水流会被螺旋桨叶片推动并产生一定的反作用力，从而推进船舶前进。
螺旋桨的推力主要来自两个方面：剪切推力和反作用推力。
剪切推力是由于螺旋桨叶片在水中剪切水流所产生的，它与螺旋桨叶片弯曲及鼓波等因素有关；反作用推力是由于螺旋桨旋转所产生的反作用力，它与螺旋桨推进转速、直径和旋转方向等因素有关。
二、螺旋桨的淌水特性1.淌水流场螺旋桨在淌水过程中，会形成一定的淌水流场。
这个流场受到螺旋桨叶片形状、转速和船舶运动速度等因素的影响，它对螺旋桨推力的大小和方向有重要影响。
2.淌水损失由于螺旋桨叶片与水之间存在一定的摩擦和阻力，螺旋桨在淌水过程中会产生一定的淌水损失。
淌水损失会降低螺旋桨的效率，因此需要通过推力计算模型来准确估计淌水损失。
3.淌水性能参数为了描述螺旋桨的推力性能，可以引入一些淌水性能参数，如推力系数、功率系数和效率等。
这些参数可以通过实验和理论模型来确定，从而有效评估螺旋桨的推力性能。
三、螺旋桨推力计算模型为了准确计算螺旋桨的推力，研究者们提出了不同的推力计算模型。
这些模型主要基于流体动力学原理和大量实验资料，可以较为准确地估计螺旋桨的淌水特性和推力性能。
推力计算模型可以通过以下几个步骤进行：1.确定船舶参数首先，需要确定船舶的一些参数，如船舶的船体形状、质量、速度和运动状态等。
这些参数将用于计算螺旋桨的推力。
2.建立淌水流场模型根据螺旋桨叶片形状和转速等参数，可以建立螺旋桨的淌水流场模型。
这个模型可以通过数值计算方法或实验测试来确定。
3.计算推力系数和淌水损失根据淌水流场模型，可以计算螺旋桨的推力系数和淌水损失。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计螺旋桨是水上船只中最重要的推进装置，其性能直接关系到船舶的推进效率和航行速度。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计是船舶研究领域中的重要分支，对于减少能源消耗、提高运输效率、降低污染排放具有重要作用。
一、螺旋桨水动力学性能分析的基础理论1.1 计算流体力学计算流体力学（CFD）是一种通过数字计算方法来解决流体力学问题的数学模型。
在螺旋桨被设计和研究时，CFD成为了一种重要的工具。
其模型基于Navier-Stokes方程和欧拉方程，模拟了流场和流动的变化，从而分析了流体运动的影响和经济性能的评估。
1.2 螺旋桨理论螺旋桨的理论基础是流体力学中的速度势流和双曲型等势流。
速度势流指的是在流体中的一个点上速度向量可以分解为势函数的梯度，而双曲型等势流涉及到一个坐标系中，速度的散度和旋度是相等的。
1.3 失速失速指的是在较小的流速下，螺旋桨进入了抵抗气蚀和附面效应的状态。
能够有效地分析并求出失速将对设计螺旋桨的截面和轴设置具有重要意义。
二、螺旋桨水动力学性能分析的关键参数2.1 推力和速度推力和速度是螺旋桨水动力学性能分析中的两个关键参数。
推力是螺旋桨提供给船体的推进力，影响到船舶的加速度和航行速度。
速度可以用来计算泥和水的扰动实体质量。
2.2 轮廓设计螺旋桨轮廓设计对其性能影响非常大，包括叶片的数量、截面形状和翼型等。
良好的轮廓设计能够提高螺旋桨的效率，减小水动力噪音，提高抵抗力和附面效应。
2.3 旋转速度旋转速度是螺旋桨的打动驱动力，影响了传动效率和螺旋桨效率。
高速旋转通常会导致较大的失速和流量噪音，而低速旋转也可能会导致螺旋桨产生过多垂直力。
2.4 推力系数推力系数是推力与密度、直径、旋转速度和旋转等效面积的关系。
推力系数是成尺寸和旋转速度的一种无因次数，用于描述螺旋桨的推进效率。
三、螺旋桨水动力学性能优化的方法3.1 优化设计算法优化设计算法是一种通过数学模型和计算机程序来找到最优解的方法。
船螺旋桨原理
船螺旋桨原理
船螺旋桨原理是指利用螺旋线的切割面积不同，产生的剪切力和反作用力，使船只能够行进和转向的原理。
船螺旋桨一般由几片可旋转的螺旋状叶片组成，其安装在船体的尾部或者底部。
当螺旋桨旋转时，螺旋状叶片将水从前方吸入，然后通过旋转将水喷射到后方。
根据牛顿第三定律，喷射水甩出的同时会给船体一个反作用力，从而推动船只向前。
船螺旋桨的原理可以解释为以下几个步骤：
1. 吸入水：当螺旋桨旋转时，螺旋状叶片在水中形成一个负压区，吸引周围水体进入。
这样一来，船螺旋桨前方的水体被吸入到叶片中间的螺旋线空间内。
2. 推动水：当螺旋桨旋转时，叶片随之旋转，并将吸入的水体推向后方。
在螺旋桨旋转的过程中，由于螺旋线所切割面积的变化，水体会感受到不同的阻力，从而形成剪切力。
3. 产生反作用力：根据牛顿第三定律，船螺旋桨喷射水时会产生一个向后的反作用力，也就是推动船只向前的力。
这是因为喷射水甩出的同时会给船体一个反作用力，根据动量守恒定律，反作用力与推进力相等且反向，推动了船体向前移动。
船螺旋桨的原理适用于各种大小的船舶，包括商船、军舰和个人游艇等。
螺旋桨的设计和旋转速度可以根据船只的需求进行调整，以实现最佳的推进效果。
船螺旋桨的原理是航海工程和
船舶设计中的重要基础，对于船只的推进性能和操控能力有着重要的影响。
船舶推进螺旋桨基础理论课件
螺旋桨性能测试案例分析
案例一
某型船用螺旋桨在实验水池中的性能测试，分析推力系数、效率系数、空泡系数 和振动系数的变化规律。
案例二
某大型油轮在实际航行中的螺旋桨性能测试，结合数值模拟和理论分析，评估其 实际运行性能。
05
船舶推进螺旋桨的应用与发展趋 势
螺旋桨在船舶推进中的应用
螺旋桨作为船舶推进器，能够将主机 产生的动力转化为船舶前进的推力， 是船舶航行中的重要组成部分。
螺旋桨的安装角度、位置和数量等参 数需要根据船舶的具体需求进行合理 配置，以实现最佳的推进效果。
螺旋桨的设计和制造需考虑船舶的航 速、航程、载重量等要求，以及水域 、气候等环境因素，确保推进效率和 使用寿命。
螺旋桨的修复与更换
修复
对损坏的螺旋桨进行修复 ，如焊接、填补等。
更换
若螺旋桨损坏严重或无法 修复，需更换新的螺旋桨 。
注意事项
更换或修复后需进行动平 衡测试，确保船舶安全。
04
船舶推进螺旋桨的性能评价与测 试
螺旋桨性能评价指标
推力系数
衡量螺旋桨推力与流体动力的比值， 用于评估螺旋桨推力性能。
效率系数
铸造法
适用于大型螺旋桨，但精度较低 。
锻造法
适用于小型螺旋桨，精度高，但工 艺复杂。
焊接法
适用于大型螺旋桨，成本低，但易 产生焊接缺陷。
螺旋桨的维护与保养
定期检查
检查螺旋桨的表面磨损、裂纹等情况。
润滑
定期润滑螺旋桨的轴承和轴套，减少磨损。
清洗
定期清洗螺旋桨，去除附着物和腐蚀产物。
防腐处理
对螺旋桨进行涂层保护，防止腐蚀。
新型船舶推进系统的研究与发展
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率船舶驱动系统中的螺旋桨是推动船舶前进的关键部件，其水动力学和推进效率直接影响到船舶的性能和能源消耗。
本文将从螺旋桨的水动力学原理、螺旋桨的设计与优化以及推进效率的提高等方面进行论述。
一、螺旋桨的水动力学原理螺旋桨是通过利用船舶上的动力来产生推力，进而推动船舶前进。
其工作原理是基于流体力学的一系列原理与方程。
螺旋桨在水中旋转时，会对周围的水流产生扰动，扰动会引起水流的变化，从而产生推力。
螺旋桨的推力主要通过两部分来实现：一是反作用力，即推进物体（船舶）时的力的反作用；二是动压力，即螺旋桨叶片的旋转将周围的水流加速带动起来，形成一个水流的后向压强。
螺旋桨的推力大小与旋转速度、叶片数目、叶片形状、叶片的攻角、桨距等因素有关。
合理地设计这些参数可以提高螺旋桨的推进效率。
二、螺旋桨的设计与优化螺旋桨的设计与优化是提高推进效率的关键。
通过科学合理地设计螺旋桨的叶片形状、旋转速度、攻角等参数，可以使螺旋桨尽可能地利用动力将水流转化为推力，并降低能量损失。
在螺旋桨的设计过程中，需要考虑以下几个因素：1. 叶片形状：螺旋桨的叶片形状对推力的产生和水动力性能有着重要影响。
通常采用的叶片形状有固定式、可调式和可变式等，根据船舶的使用需求选择合适的叶片形状。
2. 叶片角度：叶片角度也称攻角，是指叶片相对于进流方向的偏角。
不同的叶片角度对螺旋桨的推力和效率有不同的影响。
合理选择叶片角度可以提高螺旋桨的推进效率。
3. 桨距：桨距是指螺旋桨上相邻两个叶片之间的距离。
合理选择桨距可以使螺旋桨在转动时形成合适的水流，提高推进效率。
4. 螺旋桨的旋转速度：螺旋桨的旋转速度对船舶的速度和推进效率有直接影响。
适当调整螺旋桨的旋转速度可以使船舶在不同工况下获得最佳的性能和经济效益。
三、推进效率的提高推进效率是指船舶单位动力产生的推进力与单位能源消耗之间的比值。
提高推进效率可以降低船舶的能源消耗，减少对环境的污染。
轮船螺旋桨运行原理
轮船螺旋桨运行原理
螺旋桨通常由一个或多个螺旋形的叶片组成，它们位于船舶尾部的水
下部分。
当螺旋桨旋转时，水流被叶片推动，产生一个与螺旋桨旋转方向
相反的反作用力。
根据牛顿第三定律，这个反作用力将推动整个船体向前
移动。
螺旋桨运行原理的核心是流体动力学。
在运行过程中，螺旋桨通过改
变水流的方向和速度来产生推进力。
水流从船舶头部进入螺旋桨的进气段，在进气段内水流的流速逐渐加速，同时水流方向开始转动。
接着，流经螺
旋桨的水流继续加速，压力降低，产生一种向后推动的力。
最后，水流经
过螺旋桨的出气段，速度降低，重新进入正常的航行流场。
螺旋桨的推进力取决于多种因素，包括螺旋桨的尺寸、形状和叶片的
倾斜角度等。
螺旋桨的尺寸越大，推进力越大。
叶片的形状和倾斜角度也
会影响推进力的大小和转速的选择。
为了实现高效的航行，轮船通常配备多个螺旋桨，可以通过控制每个
螺旋桨的转速和方向来实现船体的转向和操纵。
这种多桨系统可以提供更
好的机动性和舵效果，提高船舶的操纵能力。
总结起来，轮船螺旋桨的运行原理是通过将动力传递到水中产生推进力。
通过改变水流的方向和速度，螺旋桨产生的反作用力推动船体向前移动。
螺旋桨的尺寸、形状和叶片的倾斜角度等因素都会影响推进力的大小
和船舶的性能。
多螺旋桨系统可以提供更好的操纵能力和机动性。
螺旋桨的工作原理
螺旋桨的工作原理
螺旋桨是一种用于推动船舶或飞行器的装置，其工作原理基于牛顿第三定律和流体力学原理。
螺旋桨的工作原理可以分为推进理论和螺旋桨理论两个方面。
推进理论是基于牛顿第三定律，即“作用力与反作用力相等，
方向相反”。
当螺旋桨转动时，它会通过切入流体（水或空气）并加速流体质量的运动。
由于牛顿第三定律，被加速的流体将产生相反的反作用力，从而推动船舶或飞行器前进。
螺旋桨理论基于流体力学原理。
当螺旋桨旋转时，在螺旋桨叶片上形成气流或水流。
这些流体会在螺旋桨叶片上产生压力差。
根据伯努利方程，流体在速度较高的地方压力较低，而在速度较低的地方压力较高。
因此，螺旋桨叶片的一个侧面产生了较高的压力，而另一个侧面则产生了较低的压力。
由于压力差的存在，螺旋桨受到了一个推力，从而推动船舶或飞行器前进。
此外，螺旋桨的形状和设计也对其工作原理起着重要作用。
螺旋桨叶片的形状和角度可以调整流体的流动情况，以获得更高的效率和推进力。
一般来说，螺旋桨的叶片越长，推进力越大，但也会增加转动的阻力。
因此，螺旋桨的设计需要在推进力和阻力之间进行权衡。
总的来说，螺旋桨是通过加速流体质量和利用压力差来实现推动船舶或飞行器的装置。
它的工作原理基于牛顿第三定律和流体力学原理，同时受到螺旋桨的形状和设计的影响。
(完整word版)船舶螺旋桨知识
船用螺旋桨的功率计算功率（W）直径（D）螺距（P）转/分（N）功率（W）=（D/10）的4次方*（P/10）*（N/1000）的3次方*0.45速度（SP）km/h=（P/10）*（N/1000）*15.24静止推力（Th）g=(D/10)的3次方*（P/10）*（N/1000）的2次方*22船用螺旋桨的工作原理可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。
流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。
在螺旋桨半径r1和r2(r1<r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。
V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。
显而易见β=α+φ。
空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，合成后总空气动力为ΔR。
ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。
将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。
从以上两图还可以看到。
必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。
螺旋桨工作时。
轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。
因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。
而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。
螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。
所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。
从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。
对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。
迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。
用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J=V/nD。
式中D—螺旋桨直径。
理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算：T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp 式中：Ct Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。
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14
现在有了?
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和 ?s
的表达式后，则法向诱导速度的
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8
求得 ?f ? 及α后，按式（4-188）有
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? fc (r , s) ?
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b(r ))? 2
螺距角按（4-189）式有
? P (r ) ? ? i (r ) ? ? (r )
以上方法不适用于有显著的纵斜或者有大侧 斜的变螺距桨。因此杨德昌在该方法中增加了对 厚度影响的计算，即在式中增加 usn0 一项，则
? RP
?t ? b (r0 ,? 0 )r0d? 0 ?l cos ? P (r0 )
? Γ (r0 )
（2）随边须满足库塔条件。由薄翼理论知道，这个条件
意味着随边处 等于零。即
? b (r0 ,? t ) ? 0
10
为了进行计算，把 ? b (r0 ,? 0 ) 用解析的形式来表达。 卞保琦方法中采用附着涡分布函数的定义与前面所讲的
?? ???
0 0
? ?
0
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? 0 ? ? l (r0 ) ? 0 ? ? t (r0 )
然后用展开式
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M n ?1
An (r0 ) sin(n?
? 0 )??
式中：
d? 0
?
? T (r0 ) sin?
上海海事大学 2018.6.6
1
船舶螺旋桨升力面理论
4-7 连续涡分布的升力面理论设计方法 4-8 离散化涡分布的升力面理论设计方法 4-9 用偶级子分布解螺旋桨升力面的水动力计算问题
2
这种方法由卞保琦 1961年提出，是最早利用升力面理论计算 出螺旋桨的拱弧面形状的，其特点是利用升力线理论中的计算结 果，来避免尾涡诱导速度计算中的无穷限积分，使计算工作量大 大减少，并且，附着涡的弦向分布可任意选取，最后计算出整个 拱弧线的形状及它的攻角，具有更大的灵活性。后人进一步完善 了数值处理方法。
9
?fc? ?s
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1 W
(ubn
?
u
fn1
?
u
fn3
?
u sn0 )
? ? (r ) ?
1 b(r )
b(r )
? b(r ) (ubn ? u fn1 ? u fn3 ? u sn0 )ds 2
计算中需要知道附着涡的弦向分布。分布的形式可由
设计者选定，但须满足以下两个条件：
（1）满足附着涡的总环量的条件，即
如要计算在叶面区内控制点 P(x, r,? ) 处的诱导速度，以u f 2、u f 3 和 uA2? A3分别表示由A2区、A3区和（A2＋A3）区的自由涡系在P点产 生的诱导速度，则有
u f 2 ? u A2? A3 ? u f 3
5
如果P点的位置处于上图的情况，全部涡系在P点的诱导速度 为
w0 ? u? ? (u b ? u f1 ? u f 3 ) ? (w0 ? ul )
6
如忽略径向诱导速度不计，因此，w0 ? ul 在参考面上的法向分量 为零。对上式取法向分量则有
w0n ? u?n ? ubn ? u f 1n ? u f 3n
由于参考面假设为无纵斜，并为等螺距，故 g N ? 0，Q? ? 1 ， 这样按（4-184）式有
? fc? ?s
?
1 WT
(u f 1n
略有不同，这里用 来表示。它与前面讲的 之间的关系
为：
?
? b
(r0
,
?
0
)
?
? b (r0 ,? 0 )r0 RP cos ? P (r0 )
故：
? Γ (r0 ) ?
? ?l
t?
? b
(r0
,?
0
)d?
0
?
? b
的物理意义是把附着涡在单位圆周角内的涡强度作
为密度。
11
为了便于解析表达及数值计算，陈美生的计算方法把
? u f 2n
? ubn ?
w0n )
?
1 WT
(u ?n
?
w0n )
?
1 WT
(u bn
?
u f1n
?
u f 3n )
?
1 W
(u bn
?
u f1n
?
u f 3n )
7
按（4-187）式，并考虑到α很小，故
? ? (r ) ? ? arctg???b(1r )
b(r )
?
2 ? b(r )
2
(ubn
3
方法中， 及 取自升力线理论的计算结果，并用 作为参 考面和尾涡面的螺距角。在计算尾涡诱导速度的影响时，利用升力 线理论中的结果来避免无穷限积分的计算，因而，只有在无纵斜 的分布形式是等螺距的情况下，才是严格成立的。
4
在上述条件下，把随边后的尾涡区用A2表示，按（4-122）式进 行积分，随边后的自由涡系所产生的诱导速度。
?Γ ?(r0 )(1 ?
cos?
0)
?
Γ (r0 )?
0?sin ?ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0?
在 ? a ? ? 0 ? ? 区间
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1 2
A1
(
r0
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?
1
13
按上一节的公式进行展开，最后化简得
在 0 ? ? 0 ? ? a 区间，涡分布有
????
? b
?
(r0
,?
0
)
?
2 1?
a
Γ (r0 )
? T (r0 )
???? s (r0 ,?
0)
?
?
(1 ?
1 a ) RP
角坐标? 0 作如下变换，引入变量 ? 0 ，令
?
0
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? arccos?1
?
?
2 ??
? T (r0 )
0
? ? l (r0 )???
?
或：
?0
?
? l (r0 ) ?
?T (r0 ) (1 ?
2
cos?
0)
其中 ? T (r0 ) ? ? t (r0 ) ? ? l (r0 )
12
故导边的 ? 0 始终为零，随边的? 0始终为 π，即
?
u f1n
?
u f 3n )ds? ?
? ?
1 b(r )
b(r )
2 ? b(r )
(ubn
?
u f 1n
?
u f 3n )ds
2
上述各式中的 ubn 和u f 1n 可按前述有关公式进行计算。 则可
从（4-127）式不难理解有
? ? u f 3n (r ,? ) ?
1 RP
1
?
rH
dΓ (r0 dr0