船舶推進_螺旋槳幾何特征

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1、船舶推進 Ship Propulsion 華中科技大學(xué)船海學(xué)院 2. 1螺旋槳的外形及名稱 ?螺旋槳俗稱車葉; ?螺旋槳通常裝于船的尾部(但也有一些特殊船只在首尾部都 裝有螺旋槳，如港口工作船及渡船等)； ?單螺旋槳船(single-screw ship):在船尾部中線處安裝; ?雙螺旋槳船(twin-screw ship):在中線左右各一槳; ?也有3槳、4槳乃至5槳者。 tiiple-screw slup #. 1螺旋槳的外形及名稱

2、 ?螺旋槳通常由槳葉和槳轂構(gòu)成 ?槳葉固定在槳轂上。普通螺旋槳常為3葉或4葉，2葉螺旋槳僅用 于機帆船或小艇上，近來有些船舶（如大噸位大功率的油船） ,為避免振動而采用5葉或5葉以上的螺旋槳。 1 = 2. 1螺旋槳的外形及名稱 6 2. 1螺旋槳的外形及名稱 □螺旋槳通常由槳葉(blade)和槳轂(propeller hub) 構(gòu)成 一"葉背 J導(dǎo)邊 葉面(blade surface)…由船尾后面 向前看時所見到的螺旋槳槳葉的一面 ;另一面稱為葉背(blade back)。 葉根(blade root)--槳葉與轂聯(lián)接 葉

3、根 葉梢(端) 葉面 隨邊 處； ?葉梢(blade tip)---槳葉的外端。 ? 導(dǎo)邊(leading edge) --螺旋槳正車 旋轉(zhuǎn)時槳葉邊緣在前面者；另一邊稱 為隨邊(trailing edge)。 6 2. 1螺旋槳的外形及名稱 6 2. 1螺旋槳的外形及名稱 6 2. 1螺旋槳的外形及名稱 6 2. 1螺旋槳的外形及名稱 ?螺旋槳與尾軸連接部分 成一光順流線形體，稱

4、 為轂帽(hub cap) o 稱為槳轂。槳轂是一個 截頭的錐形體。為了減 小水阻力，在槳轂后端 加一整流罩，與槳轂形 ?梢圓(tip circle):螺旋槳 旋轉(zhuǎn)時(設(shè)無前后運動)葉梢 的圓形軌跡； ?螺旋槳直徑(diameter)： 梢圓的直徑D。 ?螺旋槳盤面積(disc area): 梢圓的面積A。： ?當(dāng)螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時，由船后向前看去所見到的旋轉(zhuǎn)方向為順時 針者稱為右旋槳(right-handed propeller)。反之，則為左旋槳; ?裝于船尾兩側(cè)之螺旋槳，在正車旋轉(zhuǎn)時其上部向船的中線方向轉(zhuǎn) 動者稱為內(nèi)旋槳(inward turning prope

5、ller) o反之，則為外旋槳。 6 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 □槳葉的葉面通常是螺旋面的 一部分 ?線段血與軸線001成固定角 度，并使血以等角速度繞軸 001旋轉(zhuǎn)的同時以等線速度 沿001向上移動，則血線在 空間所描繪的曲面即為等螺 距螺旋面。 ?線段血稱為母線，母線繞行 一周在軸向前進的距離稱為 螺距，以P表示。 螺旋面的形成7 2.2螺旋面\螺旋線. (ai (b) 螺旋面的幾種形式

6、 螺旋槳的幾何特征 ?根據(jù)母線的形狀及與 軸線間夾角的變化可 以得到不同形式的螺 旋面; ?母線為一直線且垂直 于軸線，則所形成的螺 旋面為正螺旋面如圖 （a） o ?母線為一直線但不垂 直于軸線，則形成斜螺 旋面，如圖（b）所示。 ?當(dāng)母線為曲線時，則形 成扭曲的螺旋面，如圖 （巧及圖（＜1）。 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?母線上任一固定點在運動過程中所形成的軌跡為一螺旋線。 任一共軸之圓柱面與螺旋面相交的交線也為螺旋線（圖a ） 表示半徑為R的圓柱面與螺旋面相交所得的螺旋線〃 B” B? 螺旋線及螺距三角形 2.2螺旋面

7、\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 B? B" ?將圓柱面展成平面，則此圓柱面即成一底長為2兀人高為P 的矩形，而螺旋線變?yōu)樾本€（矩形的對角線），此斜線稱為節(jié) 線。三角形歹歹12〃稱為螺距三角形，節(jié)線與底線間的夾 角e稱為螺距角。螺距角可由下式來確定： tan? 2%R # 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 濛二、螺旋槳的面螺距 ?螺旋槳槳葉的葉面是螺旋面 的一部分9故任何與螺旋槳 lai 共軸的圓柱面與葉面的交線 為螺旋線的一段，如圖中的 段。 ?將螺旋線段BoC°引長且環(huán) 繞軸線一周，則其兩端之軸 向距離等于此螺旋線的螺距 P

8、o若螺旋槳的葉面為等螺 距螺旋面之一部分，則P即稱 為螺旋槳的面螺距； 11 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 濛二、螺旋槳的面螺距 ?面螺距P與直徑D之比P/D稱為螺距比; 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?節(jié)線與底線之間的夾角e為半徑/處的螺距角: tan^ = 柱面的半徑） 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 # 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?螺旋槳

9、某半徑廠處螺距角。的大小，表示槳葉葉面在該處 的傾斜程度。 ? r愈小則螺距角B愈大。圖仗）表示三個不同半徑的共軸 柱面與等螺距螺旋槳槳葉相交的情形，其展開后的螺 距三角形如圖（b ）所示，ri<r2<r3,而％ >02 >03。 # 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?若螺旋槳葉面各半徑處的面螺距不等，則稱為變螺距螺旋 槳，其不同半徑處螺旋線的展開如下圖所示。 ?對此類螺旋槳常取半徑為0.7R或Q?75R（R為螺旋槳梢半徑） 處的面螺距代表螺旋槳的螺距，為注明其計量方法，在簡 寫時可寫作P%或戸0?75尺° 變螺距

10、螺旋槳槳葉不同半徑處的螺距及螺距角 ＞三、槳葉切面 ?與螺旋槳共軸的圓柱面和槳葉相截所得的截面稱為 槳葉的切面，簡稱葉切面或葉剖面，其形狀與機翼切 面相仿。 (b) (c) # 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 濛三、槳葉切面 ?槳葉切面的形狀: 圓背式切面（弓形切面）、梭形切面 17 和月牙形切面，如圖所示。一般來說，機翼形切面的葉 型效率較高，但空泡性能較差，弓形切面則相反。普通 之弓形切面展開后葉面為一直線，葉背為一曲線，中部 1=1 :厚兩端頗尖。 機翼形切面  ?機翼形切面在展開后無一定形狀，葉面大致為一直線

11、或曲線，葉背為曲線，導(dǎo)邊鈍而隨邊較尖，其最大厚度 則近于導(dǎo)邊，約在離導(dǎo)邊25%?40%弦長處。 19 # 弓形切面 機翼形切面 # 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 # 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?弦長（chord 切面的幾何特征（a）機翼形；（b）弓形 1-面線；2-背線; 3-導(dǎo)緣; 4-隨緣；5-拱線；6-導(dǎo)緣端 length）—般有 內(nèi)弦和外弦之分。 連接切面導(dǎo)邊與 隨邊的直線 稱內(nèi)弦，圖中所 示線段BC稱為 外弦。 ?對于系列圖譜螺 旋槳來說

12、，通常 稱外弦為弦線, 而對于理論設(shè)計 的螺旋槳來說, 則常以內(nèi)弦（鼻 尾線）為弦線。 21 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?幾…切面的拱度（camber ,拱線到內(nèi)弦線的最大距離 ? b 一■弦長; ? t --最大厚度； ? 6= tl b —W面的相對厚度比 或葉厚比； ?拱線（中線）--切面的中線 或平均線； ? f=fM，b…切面的拱度比。 23 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 濛四、槳葉的外形輪廓和軸積 槳葉的外

13、形輪廓可以用螺旋槳的正視圖和側(cè)視圖來表示。 從船后向船首所看到的為螺旋槳的正視圖'從船側(cè)看過 去所看到的為側(cè)視圖。 21 槳葉的外形輪廓 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?槳葉參考線或葉面參考 線0（/：取葉面中間的 螺旋面，ot/與軸線成 某一夾角。 ?縱斜：0U在軸線上的 (a) 一根母線作為作圖的參 考線；葉面是正螺旋面, 0U與軸線垂直，是斜 ?縱斜角：參考線與軸線 的垂線成某一夾角£（一 般亦15°）；

14、 # 2. 2螺旋面\螺旋線. ?槳葉在垂直于槳軸的平面上 的投影稱為正投影，其外形 輪廓稱為投射輪廓，其投射 面積Apo ?投射面比=人0。（人。為盤面 積）； ?對稱葉形、不對稱葉形：不 對稱槳葉的葉梢與參考線間 的距離Xs稱為側(cè)斜，相應(yīng)之 角度縱為側(cè)斜角； ?槳葉在平行于包含軸線和輻 射參考線的平面上的投影稱 為側(cè)投影。 螺旋槳的幾何特征  2?2螺旋面\螺旋線、 ?最大厚度線與參考線ou 之間的軸向距離/表示該半 徑處葉切面的最大厚度。 ?與槳轂相連處的切面最大 厚度稱葉根厚度（除去兩邊 填角料）。 輻射參考線與最大厚度線 的延長線在軸線

15、上交點的 距離®與直徑D之比值WD 稱為葉厚分數(shù)。工藝上往 往將葉梢處的槳葉厚度做 薄呈圓弧狀，為了求得葉 梢厚度，須將槳葉最大厚 度線延長至梢徑。 陳旋槳的幾何特征  2. 2螺旋面.螺旋線 ?螺旋槳槳轂的形狀一般為 錐體，在側(cè)投影上可以 看到其各處的直徑并不相 等。通常所說的槳轂直徑 （簡稱轂徑）是指輻射參考 線與槳轂表面相交處（略 去葉根處的填角料）至軸 線距離的兩倍，并以d來 表示（參閱圖2 -lla ）o轂 徑d與螺旋槳直徑D的比 值d/D稱為轂徑比。 ?I r面參考線 u 主5度線

16、 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?將各半徑處共軸圓柱面與槳葉相截的各切面展成平面 后，以其弦長置于相應(yīng)半徑的水平線上，并光順連接  ?螺旋槳各葉伸張輪廓所包含的面積之總和稱為伸張面積， 以如 表示。伸張面積血與盤面積如之比稱為伸張面比， 即伸張面HS=Ae/A0 2.2螺旋面\螺旋線.螺旋槳的幾何特征 ?將槳葉葉面近似展放在平面上所得的輪廓稱為展開輪廓， 如圖虛線所示。各槳葉展開輪廓所包含面積之總和稱為 展開面積，以A。表示。展開面積缶）與盤面積之比稱 為展開面比，即展開面比=Ad/血  ?螺旋槳

17、槳葉的展開面積和伸張面積極為接近，故均可稱 為葉面積，而伸張面比和展開面比均可稱為盤面比或葉 面比。盤面比的大小實質(zhì)上表示槳葉的寬窄程度，在相 同的葉數(shù)下，盤面比愈大，槳葉愈寬。 展開輪囲射 投射輪卿 X U 伸張輪廓 葉切面 葉面參考線 U  ?此外，還可用槳葉的平均寬度〃m來表示槳葉的寬窄程度， 其值按下式求取 bm A£：螺旋槳伸張面積 Z(R-d/2) 〃：轂徑 ?平均寬度比厶曲 & _ W _ 氓 / A) 111 ~ D "2Z(l-d/D) 31 內(nèi)容要點 1、螺旋槳各部分名稱。 2、設(shè)線段

18、ab與軸線OO］成固定角度，并使ab以等角速 度繞軸旋轉(zhuǎn)的同時以等線速度沿OO］向上移動，則曲線 在空間所描繪的曲面即為等螺距螺旋面。線段曲稱為母線 ,母線繞行一周在軸向前進的距離稱為螺距，以P表示。 3、母線上任一固定點在運動過程中所形成的軌跡為一螺 旋線。任一共軸之圓柱面與螺旋面相交的交線也為螺旋線 # 內(nèi)容要點 4、螺距三角形普遍形式 TT7 5、若螺旋槳的葉面為等螺距螺旋面之一部分，則P即稱為 螺旋槳的面螺距。面螺距P與直徑D之比P/D稱為螺距比。 內(nèi)容要點 6、與螺旋槳共軸的圓柱面和槳葉相截所得的截面稱為槳葉 的切面，簡稱葉切面或葉剖面。槳葉切面的

19、形狀通常為圓背 式切面（弓形切面）或機翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙 形切面。 7、槳葉的外形輪廓可以用螺旋槳的正視圖和側(cè)視圖來表示 o從船后向船首所看到的為螺旋槳的正視圖，從船側(cè)看過去 所看到的為側(cè)視圖。 8、各種面積比有：投射面比=Ap/Ao、伸張面比=Ae/A0.展 開面比=Ad/A0o 作業(yè) 1.螺旋槳由那些部件構(gòu)成？他們各起什么作用? 2.何謂槳葉切面（槳葉剖面）？何謂等螺距及變 螺距螺旋槳？對等螺距螺旋槳。槳葉切面螺距 角沿半徑如何變化？ 3. 槳葉切面有哪些常用形狀？它們各自的水動力 及空泡性能如何? 4. 螺旋槳制圖中，使用哪些輪廓（或投影）來表 達槳葉外形？槳葉面積有哪幾種表達方式? 35