船舶推进螺旋桨基础理论.pptx
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1、1 1船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 二、螺旋桨环流理论二、螺旋桨环流理论流体力学的机翼理论应用于螺旋桨,解释叶元流体力学的机翼理论应用于螺旋桨,解释叶元体的受力与水的速度的变更关系,将上述两派体的受力与水的速度的变更关系,将上述两派理论联系起来而发展成螺旋桨环流理论。理论联系起来而发展成螺旋桨环流理论。虽然动量理论中忽略的因素较多,所得的结果虽然动量理论中忽略的因素较多,所得的结果与实际情况有一段距离,但这个理论能简略的与实际情况有一段距离,但这个理论能简略的说明推进器产生推力的原因,某些结论有一些说明推进器产生推力的原因,某些结论有一些实际意义。实际意义。第1页
2、/共42页2 2船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 3-1 3-1 理想推进器理论理想推进器理论一、诱导速度一、诱导速度推进器一般都是依靠拨水向后来产生推推进器一般都是依靠拨水向后来产生推力的,而水流受到推进器的作用获得与力的,而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度,通常称为诱推力方向相反的附加速度,通常称为诱导速度。导速度。显然推进器的作用力与所形成显然推进器的作用力与所形成的水流情况密切有关的水流情况密切有关。第2页/共42页3 3船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 二、理想推进器理论的基本假定二、理想推进器理论的基本假定1 1、
3、推进器为一轴向尺寸趋于零、水可自由通、推进器为一轴向尺寸趋于零、水可自由通过的盘,此盘可以拨水向后,称为鼓动盘。过的盘,此盘可以拨水向后,称为鼓动盘。2 2、水流速度和压力在盘面上均匀分布。、水流速度和压力在盘面上均匀分布。3 3、水为不可压缩的理想流体。、水为不可压缩的理想流体。注意:对于螺旋桨而言,其水流断面为盘面;注意:对于螺旋桨而言,其水流断面为盘面;对明轮而言,对明轮而言,其水流断面为浆板的浸水板面其水流断面为浆板的浸水板面。第3页/共42页4 4船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 三、理想推进器的力学模型三、理想推进器的力学模型第4页/共42页5 5船舶推进
4、第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 四、理想推进器的推力四、理想推进器的推力1 1、单位时间内通过推进器盘面的流体质量:、单位时间内通过推进器盘面的流体质量:2 2、自流管远前方、自流管远前方AAAA1 1断面流入的动量:断面流入的动量:3 3、流管远后方、流管远后方CCCC1 1断面流出的动量:断面流出的动量:第5页/共42页6 6船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 4 4、根据动量定理,作用于流体上的、根据动量定理,作用于流体上的立等于单位时间内流体动量的增量。立等于单位时间内流体动量的增量。而流体的反作用力即为推力:而流体的反作用力即为推力:第6页
5、/共42页7 7船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 五、盘面处速度增量与远后方速度增量的关系五、盘面处速度增量与远后方速度增量的关系1 1、在盘面前和盘面后应用伯努力方程:、在盘面前和盘面后应用伯努力方程:第7页/共42页8 8船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 2 2、在盘面远后方和紧靠盘面处应用伯努力方程、在盘面远后方和紧靠盘面处应用伯努力方程3 3、盘面前后的压力差就形成了推力:、盘面前后的压力差就形成了推力:第8页/共42页9 9船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 4 4、推力的另一种表达式:、推力的另一种表达式:
6、轴向诱导速度越大,轴向诱导速度越大,推进器产生的推力也推进器产生的推力也越大。越大。第9页/共42页1010船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 六、理想推进器的效率六、理想推进器的效率推进器的效率等于有效功率与消耗功率的比值推进器的效率等于有效功率与消耗功率的比值1 1、推进器在静水中航行时产生推力,则其有、推进器在静水中航行时产生推力,则其有效功率为:效功率为:2 2、推进器工作时,单位时间内尾流所取得的、推进器工作时,单位时间内尾流所取得的能量为:能量为:第10页/共42页1111船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 3 3、推进器消耗的功率:
7、、推进器消耗的功率:4 4、理想推进器的效率:、理想推进器的效率:第11页/共42页1212船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 5 5、理想推进器的效率的另一种表达式:、理想推进器的效率的另一种表达式:第12页/共42页1313船舶推进第二章船舶推进第二章 螺旋桨几何特征螺旋桨几何特征 6 6、理想推进器的效率曲线、理想推进器的效率曲线载荷系数愈小效率愈高。增大直径载荷系数愈小效率愈高。增大直径D D可减小载荷可减小载荷系数,从而提高效率。着一结论具有重要意义系数,从而提高效率。着一结论具有重要意义第13页/共42页1414船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺
8、旋桨基础理论 3-2 3-2 理想螺旋桨理论理想螺旋桨理论第14页/共42页1515船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 一、周向诱导速度一、周向诱导速度第15页/共42页1616船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 根据理想螺旋桨力学模型,然后根据理想螺旋桨力学模型,然后运用动量矩,经过相应的推导可运用动量矩,经过相应的推导可得浆盘处和远后方的周向诱导速得浆盘处和远后方的周向诱导速度有如下关系:度有如下关系:第16页/共42页1717船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 二、二、周向周向和轴和轴向诱向诱导速导速度的度的正交正交
9、性性第17页/共42页1818船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 三、理想螺旋桨的效率三、理想螺旋桨的效率周向诱导效率:周向诱导效率:第18页/共42页1919船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 3-3 3-3 作用在浆叶上的力及力矩作用在浆叶上的力及力矩一、速度多边形一、速度多边形根据上面的分析可知,螺旋桨在操作时周围的根据上面的分析可知,螺旋桨在操作时周围的水流情况可简要地描述如下:水流情况可简要地描述如下:1 1、轴向诱导速度自桨盘、轴向诱导速度自桨盘远前方的零值远前方的零值起逐渐起逐渐增加,至增加,至桨盘远后方处达最大值桨盘远后方处达最大
10、值,而,而在盘面处在盘面处的轴向诱导速度等于远后方处的一半。的轴向诱导速度等于远后方处的一半。2 2、周向诱导速度在桨盘前并不存在,而在桨、周向诱导速度在桨盘前并不存在,而在桨盘后立即达到最大值,盘后立即达到最大值,桨盘处的周向诱导速度桨盘处的周向诱导速度是后方的一半。是后方的一半。第19页/共42页2020船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理论 当我们在讨论螺旋桨周围的流动情况时,除考当我们在讨论螺旋桨周围的流动情况时,除考虑螺旋桨本身的虑螺旋桨本身的前进速度前进速度及及旋转速度旋转速度外,还需外,还需要考虑要考虑轴向诱导速度轴向诱导速度和和周向诱导速度周向诱导速度。在绝
11、对运动系统中,轴向诱导速度的方向与螺在绝对运动系统中,轴向诱导速度的方向与螺旋桨的前进方向相反,而周向诱导速度的方向旋桨的前进方向相反,而周向诱导速度的方向与螺旋桨的转向相同。参阅下图,以半径为与螺旋桨的转向相同。参阅下图,以半径为r r的的共轴圆柱面与桨叶相交并展成平面,则共轴圆柱面与桨叶相交并展成平面,则叶元体叶元体的倾斜角为螺距角。的倾斜角为螺距角。经过经过运动转换运动转换以后,叶元体即变为固定不动,以后,叶元体即变为固定不动,而水流以轴向速度和周向速度流向桨叶切面。而水流以轴向速度和周向速度流向桨叶切面。第20页/共42页2121船舶推进第三章船舶推进第三章 螺旋桨基础理论螺旋桨基础理
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