船舶推进_概述

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1、船舶推进船舶推进华中科技大学船海学院Ship Propulsion第1章 概述为了使船舶能保持一定的速度向前航行为了使船舶能保持一定的速度向前航行, , 必须必须 供给船舶一定的供给船舶一定的推力推力( ( 或拉力或拉力) ) , , 以克服其所以克服其所 受的受的阻力阻力。 作用在船上的推力是依靠能源来产生的作用在船上的推力是依靠能源来产生的( (例如例如: : 人力人力、风力以及各种形式的发动机风力以及各种形式的发动机) ) 。但是仅但是仅 有有能源能源还不能直接产生推力还不能直接产生推力, , 故在船上还需要故在船上还需要 设有设有专门的装置或机构专门的装置或机构。2第1章 概述“船舶推

2、进船舶推进”课程研究的对象课程研究的对象WLTRWL在船上需要设有专门的装置或机构在船上需要设有专门的装置或机构，把能源把能源( (如人如人 力力、风力以及各种形式的发动机风力以及各种形式的发动机）发出的功率转发出的功率转 换为推船前进的功率换为推船前进的功率 ，即即推进器推进器（如桨如桨、篙篙、橹橹 、帆以及明轮帆以及明轮、螺旋桨等螺旋桨等）。3第1章 概述在船舶设计中要满足用船部门对在船舶设计中要满足用船部门对快速性快速性的要的要 求求, , 应当从下述四个方面来考虑应当从下述四个方面来考虑: : 船舶于航行时所遭受的阻力要小船舶于航行时所遭受的阻力要小, , 即即 所谓优良线型的选择问题

3、所谓优良线型的选择问题; ; 选择推力足够选择推力足够, , 且效率高的推进器且效率高的推进器; ; 选取合适的主机选取合适的主机; ; 推进器与船体和主机之间协调一致推进器与船体和主机之间协调一致。船舶船舶快速性快速性是船舶的重要性能之一是船舶的重要性能之一。所谓快速性所谓快速性, , 是指船舶在给是指船舶在给 定主机功率情况下定主机功率情况下, ,在一定装载时于水中航行的快慢问题在一定装载时于水中航行的快慢问题。快速快速 性不论对民船或军舰都是很重要的问题性不论对民船或军舰都是很重要的问题。4第1章 概述 本课程主要研究本课程主要研究: :推进器推进器(propeller)在水中运动时产生

4、推力的在水中运动时产生推力的基基本原理本原理以及它的性能好坏以及它的性能好坏( ( 效率高低效率高低) )等问题等问题, ,然后解决如何根据生产实际的要求设计出一个然后解决如何根据生产实际的要求设计出一个性能优良性能优良的推进器问题的推进器问题。5 远古时代远古时代桨，橹，帆桨，橹，帆 明朝明朝人力明轮推进船人力明轮推进船 十九世纪上半叶十九世纪上半叶蒸汽机明轮推进器蒸汽机明轮推进器 十九世纪初开始十九世纪初开始螺旋桨推进器研究成为热点螺旋桨推进器研究成为热点 十九世纪中叶十九世纪中叶螺旋桨得到了广泛的应用螺旋桨得到了广泛的应用1. 船舶推进工具61. 船舶推进工具7二、推进器的类型二、推进器

5、的类型 1螺旋桨螺旋桨 2风帆风帆 3明轮明轮 4直叶推进器直叶推进器 5喷水推进器喷水推进器1. 船舶推进工具 优点：优点：利用无代价的风力利用无代价的风力。 缺点缺点：得到的推力依赖于风向和风力：得到的推力依赖于风向和风力，以致船的速以致船的速 度和操作性能都受到限制度和操作性能都受到限制。 应用：应用：仅在游艇仅在游艇、教练船和小渔船上教练船和小渔船上。 研究：研究：风帆助航节能船风帆助航节能船。8风帆风帆1. 船舶推进工具螺旋桨螺旋桨螺旋桨推进器螺旋桨推进器9特点：特点：螺旋桨构造简单、造价低廉、使用方便、效螺旋桨构造简单、造价低廉、使用方便、效 率较高。率较高。目前应用最广的推进器。

6、目前应用最广的推进器。1. 船舶推进工具导管推进器（矢量推进器）10特点：特点：在负荷在负荷较重时，效率较重时，效率高于普通螺旋高于普通螺旋桨。桨。应用：应用：拖网渔拖网渔轮和拖轮等多轮和拖轮等多工况船舶。工况船舶。1. 船舶推进工具11可调螺距螺旋桨一种利用设于桨毂中的操纵机一种利用设于桨毂中的操纵机 构能使桨叶绕垂直于桨轴的轴构能使桨叶绕垂直于桨轴的轴 线转动以改变其角度（螺距）线转动以改变其角度（螺距） 的螺旋桨。由于桨叶的螺距可的螺旋桨。由于桨叶的螺距可 根据需要进行调节，故在不同根据需要进行调节，故在不同 航行状态时，主机均能充分发航行状态时，主机均能充分发 挥功率和转速，但机构较复

7、杂挥功率和转速，但机构较复杂 ，造价和维修费用比较高。，造价和维修费用比较高。1. 船舶推进工具对转螺旋桨推进器12又称双反转螺旋桨又称双反转螺旋桨 ，就是两只普通螺旋就是两只普通螺旋 桨分别装于两根同心桨分别装于两根同心 轴上轴上，并以等速或不并以等速或不 等速反问转动等速反问转动。这种这种 推进器传动装置比较推进器传动装置比较 复杂复杂，多用于鱼雷和多用于鱼雷和 潜艇潜艇。1. 船舶推进工具对转螺旋桨+Z型传动13两个螺旋桨串列装于同一轴上以两个螺旋桨串列装于同一轴上以 相同的转速运转的推进器相同的转速运转的推进器。1. 船舶推进工具明轮推进器明轮推进器(paddle-wheel prop

8、eller)优点：优点：构造简单，造价低廉。构造简单，造价低廉。 曾广泛用于海船。曾广泛用于海船。缺点：缺点：机构笨重，在波涛中不机构笨重，在波涛中不 易保持一定的航速和航向，且易保持一定的航速和航向，且 蹼板易损坏。蹼板易损坏。应用：应用：内河船舶。内河船舶。(b)(a)轮辐蹼板141. 船舶推进工具直叶推进器直叶推进器(vertical axis/cycloidal propeller )优点：优点：能发出任何方向的推力能发出任何方向的推力，船舶操纵性能良好；船舶操纵性能良好；在在 船倒退时无须逆转主机；效率较高船倒退时无须逆转主机；效率较高（与螺旋桨略同与螺旋桨略同）； 在汹涛海面工况较

9、好在汹涛海面工况较好。缺点：缺点：机构复杂机构复杂，造价昂贵造价昂贵，叶片的保护性差叶片的保护性差，极易损坏极易损坏。应用：应用：常用于港口作业或对操纵性有特殊要求的船舶常用于港口作业或对操纵性有特殊要求的船舶。151. 船舶推进工具喷水推进器喷水推进器(hydraulic propeller)优点：优点：装在船体内部，具有良好的装在船体内部，具有良好的 保护性；操纵性能良好。保护性；操纵性能良好。缺点：缺点：减少了船舶的有效载重量；减少了船舶的有效载重量； 喷管中水力损耗很大，故推进效率喷管中水力损耗很大，故推进效率 低。低。应用：应用：内河浅水的拖轮上。内河浅水的拖轮上。161. 船舶推进

10、工具螺旋桨的发展螺旋桨的发展蒸汽机问世后与明轮配合推进船舶，获得了比较满蒸汽机问世后与明轮配合推进船舶，获得了比较满 意的效果，但是随着蒸汽机技术的进步，转速提高意的效果，但是随着蒸汽机技术的进步，转速提高 ，结构趋轻型化，明轮日益暴露出发动机与推进器，结构趋轻型化，明轮日益暴露出发动机与推进器 的不协调。的不协调。 出路在哪里呢？出路在哪里呢？发展螺旋桨是最好的题解。发展螺旋桨是最好的题解。171. 船舶推进工具螺旋桨能在蒸汽机时代阔步向前，有三盏指螺旋桨能在蒸汽机时代阔步向前，有三盏指 路明灯：路明灯：1.1.古代的车轮古代的车轮。构成了螺旋桨的雏型；构成了螺旋桨的雏型； 2.2.古代的风

11、车，随风转动可以输出扭矩；古代的风车，随风转动可以输出扭矩；3.3.阿基米德螺旋泵。阿基米德螺旋泵。1819形态各异的船用螺旋桨形态各异的船用螺旋桨20形态各异的船用螺旋桨形态各异的船用螺旋桨21形态各异的船用螺旋桨形态各异的船用螺旋桨22形态各异的船用螺旋桨形态各异的船用螺旋桨23壳形螺旋桨壳形螺旋桨壳形桨高效的原理在壳形桨高效的原理在 于以双向内凹的抛物面于以双向内凹的抛物面 取代普通桨的螺旋面。取代普通桨的螺旋面。性能上最大特点是在性能上最大特点是在 保证航速的情况下，拖保证航速的情况下，拖 力增加约力增加约2020。因此壳。因此壳 形螺旋桨特别适用于没形螺旋桨特别适用于没 有装配导管的

12、拖网渔船有装配导管的拖网渔船、 拖船。以上性能已通过拖船。以上性能已通过 实船测试和几十艘渔船实船测试和几十艘渔船 使用实践得到证实。使用实践得到证实。2. 功率传递及推进效率 一一、有效功率有效功率(effective power) 有效推力有效推力Te与船舶所遭受的阻力与船舶所遭受的阻力R 大小相等大小相等, 方向相反方向相反Te= R（公制） )Ushp(7575RvvTPe E 有效马力有效马力(effective horsepower，即即e.h.p )( )UKhp(7676英制RvvTPe E Te: 有效推力有效推力(kgf) R：阻力：阻力(kgf) v： 船速船速(m/s)

13、 公制马力和英制马力的换算关系为公制马力和英制马力的换算关系为:1UKhp = 1 .014hp242. 功率传递及推进效率 二二、主机功率和传送效率主机功率和传送效率 主机功率主机功率（engine power）PS：主机发出的功率：主机发出的功率 推进器的推进器的收到功率收到功率（delivered power）PD：主轴尾：主轴尾 端与推进器连接处所量得的功率端与推进器连接处所量得的功率 传送效率传送效率/轴系效率轴系效率（transmission efficiency of shafting）:马力传送及轴系示意图马力传送及轴系示意图SDSPP /252. 功率传递及推进效率 三三、推

14、进效率和推进系数推进效率和推进系数 有效功率有效功率PE：克服船体阻力的功率：克服船体阻力的功率 推进效率推进效率（propulsive efficiency）P：有效功率和推：有效功率和推 进器所收到的功率之比：进器所收到的功率之比：/DEDPP 为推进系数为推进系数（propulsive coefficient）P.C：SPSDDESEPPPPPPCP)/()/(/. 推进系数为多种效率相乘之综合名称推进系数为多种效率相乘之综合名称, 通常可以表示通常可以表示 用某种机器及推进器以推进船舶之全面性能用某种机器及推进器以推进船舶之全面性能, 推进系推进系 数越高数越高, 船舶的推进性能越好船

15、舶的推进性能越好。推进系数为传送效率和推进系数为传送效率和 推进效率之乘积推进效率之乘积26内容要点内容要点1、关于推进器的历史发、关于推进器的历史发展展概况概况。2、船舶推进器的种类与形式：螺旋桨、风、船舶推进器的种类与形式：螺旋桨、风帆帆、明轮、明轮、直直叶叶推进器推进器、喷水、喷水推推进进器器等等。3、螺螺旋桨旋桨工作工作机机理：当螺理：当螺旋桨转动旋桨转动时时,桨叶拨水向后桨叶拨水向后,而自而自身受身受到水到水流的反作用力，其推力流的反作用力，其推力通通过桨轴和推力过桨轴和推力轴承轴承传递传递至至船体上。螺船体上。螺旋桨构旋桨构造造简简単単、造造价低价低廉廉、使用使用方便、效率方便、效

16、率较较高，高，是目前应是目前应用最用最广广的推进器的推进器 。27内容要点内容要点4、几种几种推进器推进器的的效率及效率及重量的重量的大大致致数值数值范围范围28内容要点内容要点5、对于自航船舶而言，有对于自航船舶而言，有效推力效推力Te与船舶所遭受的与船舶所遭受的阻阻力力R大小大小相相等，方向相反，等，方向相反，即即Te=R6、若船以、若船以速度速度v航行时航行时所所遭受的阻力为遭受的阻力为R，则则阻力阻力R在单在单位时位时间内所消耗间内所消耗的的功为功为R v, 而有效推力而有效推力Te在单位时在单位时间间内所作内所作的的功为功为Te v，两者两者在数值在数值上上是相是相等的，故等的，故 Te v(或或R v)称为有称