船舶操纵螺旋桨
船运货螺旋桨原理
船运货螺旋桨原理
螺旋桨是船舶推进装置中最常用的一种推进方式，典型的双螺旋桨型推进装置是有四个螺旋桨组成的双螺旋桨系统，可将机舱中的动力传送至船身外侧的流体，使车辆的行驶产生压力，从而达到推进的目的。
螺旋桨的主要原理是：当螺旋桨轴沿其轴线旋转时，螺旋桨叶片会逐渐将流体高速旋转，从而形成推进力，即反作用力。
另外，螺旋桨叶片可以使流体在船体周围产生一个旋转扭矩，从而实现横移和转向的操控。
螺旋桨的结构一般由心窝、轴和叶片组成，螺旋桨心窝是由铸铁等材料制成，叶片是把外形设计为吸水护叶的环形片，以提高螺旋桨的划水效果，这些叶片由锻铁、钢板或铝制成，安装在螺旋桨的轴上。
螺旋桨旋转的过程中，会产生一个转向扭矩，其运行原理也很简单：轴心旋转一周对应着船体得到一次推力，螺旋桨叶片旋转形成叶面积从小到大，这时给水流施加的力矩变大，使船舶能受到推力；叶片又从大变小时，给水流施加的力矩就变小了，使船舶沿着船舷受到偏转的力矩，可使船舵上下摆动，因此可大大缩短船舶操纵的时间。
而在偏航时也可用该原理来使船舶控制。
螺旋桨的优点在于叶片划水效率较高，因此它能迅速将动力转化成推进力，可以大大减小轴系的功率损失，也可以提高船体行进的灵活性和速度稳定性，保证船舶在波浪较大时仍具有良好的抗摇性。
另外，因为它较轻，耐磨性良好，安装维修方便，对于运输大量货物的船舶来说，是极佳的选择。
船用螺旋桨 标准-概述说明以及解释
船用螺旋桨标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是文章引言的一部分，主要目的是介绍船用螺旋桨标准这个话题，并提供一些背景信息。
在这部分，我们需要说明船用螺旋桨的作用和重要性，以及为什么有必要制定标准来规范其设计和使用。
船用螺旋桨是船舶中的一个重要部件，它通过推动水流来产生推进力，使船舶能够在水中移动。
它的设计和性能直接影响船舶的速度、操纵性和燃油消耗等方面的性能指标。
随着船舶工程技术的发展和船舶使用环境的不断变化，对船用螺旋桨的要求也越来越高。
船用螺旋桨标准的制定就是为了确保船用螺旋桨的设计和使用能够符合一定的技术要求和安全标准。
标准可以提供设计和制造船用螺旋桨的依据，确保螺旋桨的结构和性能能够满足各种船舶的需求，并在使用过程中能够保证船舶的安全和稳定性。
此外，船用螺旋桨标准的制定还可以推动技术的创新和发展。
通过对各种船用螺旋桨的设计和使用经验的总结和归纳，可以不断优化标准，提高螺旋桨的性能和效率。
同时，标准还可以促进船用螺旋桨制造商和船舶运营商之间的合作与交流，推动行业的进步和发展。
综上所述，船用螺旋桨标准的制定对于确保船舶的运行安全和提高船舶性能具有重要作用。
在接下来的文章中，我们将对船用螺旋桨的定义、分类、设计原则和要求进行详细的介绍，同时讨论船用螺旋桨标准的重要性，并提出一些建议和改进来完善这一标准。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构文章按照以下结构来展开对船用螺旋桨标准的讨论。
第一部分是引言，用来引出文章的主题和目的。
在引言中，我们将概述船用螺旋桨的概念、分类以及与船舶设计和运行的关系。
同时，我们将介绍本文的结构和目的，以帮助读者了解本文的内容和意义。
第二部分是正文，主要包括船用螺旋桨的定义和分类，以及船用螺旋桨的设计原则和要求。
在这一部分中，我们将详细介绍船用螺旋桨的不同类型和应用领域，以及设计时应考虑的相关因素。
我们将探讨螺旋桨的性能参数和性能评价标准，并讨论如何提高螺旋桨的效率和可靠性。
船舶操纵重点
2、描述船舶旋回运动状态的运动要素
1) 漂角(drift angle)
船舶首尾线上某一点 的线速度与船舶首尾面的交 角叫做漂角，如左图所示。 船舶在首尾线上不同点的漂 角是不同的，在船尾处，由 于其横移速度最大，因此漂 角也最大。但通常所说的漂 角是指船舶重心处的线速度 Vt与船舶首尾面的交角，也 就是船首向与重心G点处旋回 圈切线方向的夹角，用B表示 之。一般船舶的漂角大约在 3°～15°之间。
第二节 船舶操纵方程及船舶操纵性指数
一、船舶操纵运动方程
Tŕ+r＝Kδ
式中： K —— 旋回性指数(s-1); T —— 追随性指数(s); r —— 旋回角速度(1/s); ŕ —— 旋回角加速度(1/s2); δ —— 舵角(°)。
该方程最早是由日本学者野本谦作提出的，因此也称为野 本 方 程。 该式 中 ， T 称之 为 船舶 的追 随 性指 数 (turning lag index)，单位为s；K称之为船舶的旋回性指数(turning ability index)。
无因次化后的船舶操纵性指数K’、T’由于已经除去了船 舶尺度与船速的影响，故可直接用来比较不同船舶或同一船舶在 不同条件下的操纵性优劣及其变化趋势；反过来说，当两船的K、 T指数相等时，要使其操纵性能也相同，其船长和船速也应相同。
对于具备一般的操纵性能的船舶在满载状态下的K’、 T’应处于下列数值范围之内：
4) 旋回直径(final diameter) 旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径， 亦称旋回终径，并以D表示之，它大约为旋回初径的0．9～ 1．2倍。 5) 滞距(reach) 亦称心距。正常旋回时，船舶旋回直径的中心O总较操 舵时船舶重心位置更偏于前方。滞距是该中心O的纵距，并 以Re代表之，大约为1～2倍船长，它表示操舵后到船舶进入 旋回的“滞后距离”，也是衡量船舶舵效的标准之一。
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。
船舶的工作原理
船舶的工作原理船舶作为水上运输工具，在现代交通中扮演着重要角色。
它们通过特定的工作原理实现航行和货物运输。
本文将介绍船舶的工作原理，涵盖推进力、浮力、航行稳定以及船舶控制等方面。
一、推进力推进力是船舶前进的关键因素。
在水中航行时，船舶需要克服水的阻力，并产生足够的推力来向前行驶。
常见的推进力机制有以下几种形式：1. 螺旋桨推进力螺旋桨是船舶最常见的推进器件。
它通过螺旋型叶片的旋转，将水推向相反方向，从而产生反作用力推动船体前进。
螺旋桨的旋转速度和叶片的角度可以调整，以适应船舶的不同速度和方向需求。
2. 水喷推进力水喷推进是一种通过向后喷射水流来产生推进力的机制。
常见的应用是在高速船或喷气式飞机上。
通过喷射水流，船舶可以产生强大的推力，从而实现高速航行。
3. 水动力推进力水动力推进是利用水的动力学原理来产生推进力的机制。
例如，帆船利用风的动力对帆进行调整，从而产生推进力。
这种推进力的发挥需要充分利用风的方向和力量。
二、浮力浮力是船舶能够漂浮在水面上的基本原理。
根据阿基米德原理，当一个物体浸入液体中时，它所受到的浮力等于所排除的液体的重量。
船舶的设计和体积使其能够排除足够的水，从而产生与其重量相等的浮力，使得船舶能够浮在水面上。
三、航行稳定航行稳定性对于船舶的安全和运营至关重要。
船舶需要保持平衡，以避免侧翻或失去控制。
以下几种因素影响着船舶的航行稳定：1. 重心船舶的重心位置对于航行稳定性有着重要影响。
重心过高会使船舶不稳定，容易倾斜，而重心过低则会导致船身不够稳定。
通过合理设计和货物分布，船舶的重心位置可以得到控制，以保持航行稳定。
2. 填水与排水填水和排水是调整船舶重心和浮力的重要手段。
通过填充或排空船舱中的水，可以对船舶的浮力和重心进行调节，以保持航行稳定。
3. 船体形状船体的形状对于航行稳定性有着重要影响。
例如，船舶的船首设计成尖形，可以减少水的阻力，提高航行的稳定性。
此外，船舶的船宽、船高和船身曲线等因素也会影响其航行稳定性。
船舶操纵课件--第2章操纵手段的作用及其运用教学案例
低速时，伴流逐渐减小，则伴流横向力可忽略；沉深横向力和排出流 横向力使首右偏。则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力使船首右偏。
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三、螺旋桨的致偏效应及其运用
（3）伴流横向力的产生条件 由上述分析可见，如果伴流为0，则，螺旋桨上下叶的攻角相同，则，
不产生横向力，则，伴流横向力的产生条件为有伴流存在。 （4）伴流横向力的方向 对于右旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向左。 对于左旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向右。
其中Vp＝Vs-ωp
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二、滑失和船速
（2）滑失比 定义：螺旋桨的滑失S与理论进速nP之比称为滑失比Sr，既：
Sr＝nPnPVp
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。
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二、滑失和船速
(3)滑失在操纵中的应用 由此可见，滑失是衡量螺旋桨推进效率的重要指标。滑失越大，螺旋
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三、螺旋桨的致偏效应及其运用
3、排出流横向力 螺旋桨进车时，排出流作用在舵上； 螺旋桨倒车时，排出流作用在船体上；
（1）排出流横向力的产生机理 进车时 舵的X方向进速为
V R＝ XV S－R V RX
ΔVRX—在舵叶处由于螺旋桨旋转引起的轴向增速。 倒车时 倒车时，旋转的排出流打在船体尾部。由于船尾形状上大下小，致使
QXpp121214Dt3pp41D2pwp12uw2p20u.27nD0p.72nDCpQ2C T
船舶螺旋桨形式ppt课件
叶片裂纹或断裂
由于材料缺陷、超载或交变应力等原 因，导致螺旋桨叶片出现裂纹或断裂 。
螺距误差
由于螺旋桨桨叶的螺距制造误差或运 转时的变形等原因，导致螺旋桨螺距 与设计值不符。
螺旋桨故障的诊断方法
振动分析法
通过分析船舶的振动情况，判断螺旋桨是否 存在故障。
温度检测法
通过检测螺旋桨附近的温度，判断是否存在 过热或异常升温。
创新设计
通过数值模拟和实验研究，探索新型螺旋桨的设计理念和方 法，以适应未来船舶航行需求的变化。
THANKS
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螺旋桨的作用
通过旋转螺旋桨，产生向前的推 力，使船舶得以前进、后退或保 持静止状态。
螺旋桨的种类与特点
种类
根据不同的分类标准，螺旋桨可分为 多种类型。如按桨叶数目可分为单桨 和双桨；按推进方式可分为前置推进 、后置推进和侧置推进等。
特点
不同类型的螺旋桨具有不同的特点和 应用场景。例如，单桨适用于中低速 航行的大中型船舶，双桨则适用于高 速航行的小型船舶。
在维修或更换螺旋桨时，需遵循相关安全操作规程，确保人员
和设备安全。
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船舶螺旋桨的故障诊断与排除
螺旋桨的常见故障及原因分析
振动过大
由于螺旋桨桨叶的安装误差、制造缺 陷或螺旋桨运转时的不平衡等原因， 导致船舶振动过大。
效率下降
由于螺旋桨的表面腐蚀、水生物附着 或泥沙磨损等原因，导致螺旋桨的推 进效率下降。
声音诊断法
通过听螺旋桨运转时的声音，判断是否存在 异常。
压力检测法
通过检测螺旋桨附近的水流压力，判断是否 存在异常。
螺旋桨故障的排除与修复
清洗和修复
更换损坏的叶片
对螺旋桨表面的水生物和泥沙进行清洗， 修复腐蚀和磨损部分。
船舶操纵
4.4 船舶操纵控制船舶操纵是指船舶驾驶员根据船舶操纵性能和风、浪、流等客观条件，按照有关法规要求，正确运用操纵设备，使船舶按照驾驶员的意图保持或改变船舶水平运动状态的操作。
下面介绍现代船舶航向控制和船舶主机遥控操纵。
4.4.1 船舶操纵基本原理船舶操纵是一个大系统，由人、船舶和操船环境三个小系统构成，如图4–24所示。
该系统中，船舶驾引人员是主要组成部分，他们通过掌握和处理大量信息，将操船指令输人船舶，使船舶保持或改变运动状态而达到预期的目的。
图4–25为船舶驾引人员操纵船舶流程。
图中信息A 为本船运动状态，信息B为自然环境，信息C 为航行环境，信息D 为操船手册。
操纵船舶运动的机构，主要有舵和推进动力装置。
舵是船舶操纵的重要设备，操舵者通过操舵可以使船舶保持或改变其航向，达到控制船舶方向的目的。
推进器是指把主机发出的功率转换为推船运动的专用装置或系统，目前应用最广泛的推进器是螺旋桨。
螺旋桨分为等螺距螺旋桨、变螺距螺旋桨、固定螺距螺旋桨（FPP ）和可调螺距螺旋桨（CPP ）等不同类型。
20世纪50年代以来，船舶自动化经历了单元自动化、机舱集中监测与控制以及主机驾驶室遥控等几个阶段。
随后，由于计算机技术和自动化技术在实船上的应用，以及空间技术和通信技术的发展，使得船舶自动化由机舱自动化朝综合自动化和智能化方向发展。
螺旋桨转速舵 角锚的使用缆的使用拖船的使用图4–25 船舶操纵流程图4.4.2 船舶航向控制船舶航向控制的主要任务有二：一是保持航向；二是航向跟踪。
航向操纵部分——自动操舵系统自1922年自动操舵仪（也称自动舵）问世到今天，已经历了机械式自动舵、PID 自动舵和自适应自动舵三个发展阶段，目前正处于第四个研究发展阶段——智能自动舵。
1. 自动操舵系统1) 常规PID 自动舵在航海自动化系统中，船舶是系统的调节对象，若略去动力装置的影响，船舶运动状态的调节，将由舵来实现，并从船首方向表现出来。
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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