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1、第二章螺旋桨几何形体与制造工艺专业.专注螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器,因而也就成为船舶推进”课程研究的主要对象。要研究螺旋桨的水动力特性,首先必须对螺旋桨的几何特性有所认识和了解 2-1螺旋桨的外形和名称、螺旋桨各部分名称如图2-1所示螺旋桨俗称车叶，其常见外观螺旋桨通常装于船的尾部图2-1（但也有一些特殊船在首尾部都装有螺旋桨,如港口工作船及,左右各一者称为双螺旋桨渡轮等），在船尾部中线处只装一只螺旋桨的船称为单螺旋桨船船，也有三桨、四桨乃至五桨者。螺旋桨通常由桨叶和桨毂构成（图2-2 ） o螺旋桨与尾轴联接部分称为桨毂，桨毂是一个xx叶面参考线卜，桨叶 侧投影轮席_ Wi.Il |
2、帆叶梢(端)(a)(b)图2-2截头的锥形体。为了减小水阻力，在桨毂后端加一整流罩，与桨毂形成一光顺流线形体 为毂帽桨叶固定在桨毂上。普通螺旋桨常为三叶或四叶，二叶螺旋桨仅用于机帆船或小艇上，近来有些船舶（如大吨位大功率的油船），为避免振动而采用五叶或五叶以上的螺旋桨。由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂联接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边螺旋桨旋转时（设无前后运动）叶梢的圆形轨迹称为梢圆。梢圆的直径称为螺旋桨直径以D表示。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积，以Ao表示：Ao =TTD(2-1)当螺旋桨正
3、车旋转时，由船后向前看去所见到的旋转方向为顺时针者称为右旋桨之，则为左旋桨。装于船尾两侧之螺旋桨，在正车旋转时其上部向船的中线方向转动者称为内旋桨。反之，则为外旋桨。二、螺旋面及螺旋线桨叶的叶面通常是螺旋面的一部分。为了清楚地了解螺旋桨的几何特征，有必要讨论一 下螺旋面的形成及其特点。设线段ab与轴线os成固定角度，弁使ab以等角速度绕轴 ooi旋转的同时以等线速度 沿ooi向上移动，则ab线在空间所描绘的曲面即为等螺距螺旋面，如图2-3所示。线段ab称为母线，母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距，以P表示。根据母线的形状及与轴线间夹角的变化可以得到不同形式的螺旋面。若母线为一直线且垂直于轴线
4、，则所形成的螺旋面为正螺旋面如图2-4( a)所示。若母线为一直线但不垂直于轴2-4线，则形成斜螺旋面，如图 2-4( b)所示。当母线为曲线时,则形成扭曲的螺旋面如图2-4( C)及图2-4( d)所示。O任一共轴之圆柱面与螺旋面母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺旋线相交的交线也为螺旋线，图2-5( a)表示半径为R的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线BB1B2。如将此圆柱面展成平面，则此圆柱面即成一底长为2%R高为P的矩形，而螺旋线变 为斜线(矩 形的对角线)，此斜线称为节线。三角形B B BJ称为螺距三角形，节线与底线间之夹角B称为螺距角，如图2-5( b)所示。由图可知，螺距角
5、可由下式来确定(2-2)B A _A 8 PB ! A L- RB2I9B2Bi B(b)图2-5、螺旋桨的几何特性1.螺旋桨的面螺距螺旋桨桨叶的叶面是螺旋面的一部分(图2-6( a),故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一段，如图 2-6( b)中的BoCo段。若将螺旋线段 BoCo引长环绕轴线一周，则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距(a专业若注Po若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则P(b)(c)相交的交线也为螺旋线2-5( a) 表示半径为R 的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线图 2-6即称为螺旋桨的面螺距。面螺距 P与直径D之比P/D称为螺距比。将圆柱面展成平面后即得螺
6、距三角 形如图2-6( c)所示设上述圆柱面的半径为r,则展开后螺距三角形的底边长为2 ur ,节线与底线之间的夹角9为半径r处的螺距角，弁可据下式来确定Ptg (2-3)2 Ttr螺旋桨某半径r处螺距角9的大小，表示桨叶叶面在该处的倾斜程度。不同半径处的螺距角是不等的，r愈小则螺距角9愈大。图2-7( a)表示三个不同半径的共轴圆柱面与等螺距螺旋桨桨叶相交的情形，具展开后的螺距三角形如图2-7( b)所示。显然，nv比而9 92仙。ii ? iii(b)图2-7(a)若螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等,则称为变螺距螺旋桨，其不同半径处螺旋线的展专业.专注开如图2-8所示。对此类螺旋桨常取半径为
7、0.7 R或0.75 R( R为螺旋桨梢半径)处的面螺距代 表螺旋桨的螺距，为注明其计量方法，在简写时可记作P0.7R或P0.75R图2-82 .桨叶切面与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为桨叶的切面，简称叶切面或叶剖面，如图2-6( b)所示。将圆柱面展为平面后则得如图2-6( c)所示的叶切面形状，其形状与机翼切面相仿。所以表征机翼切面几何特性的方法，可以用于桨叶切面。桨叶切面的形状通常为圆背式切面 (弓形切面)或机翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面，如图2-9所示。一般说来，机翼形切面的叶型效率较高，但空泡性能较差，弓形切面则相反。普通之弓形切面展开后叶面为一直线，叶背为一
8、曲线，中部最厚两端颇尖。机翼形切面在展开后无一定形状，叶面大致为一直线或曲线，叶背为曲线，导边钝而随边较尖，其最大厚度则近于导边，约在离导边25%? 40%玄长处。切面的弦长一般有内弦和外弦之分 。连接切面导边与随边的直线AB称内弦（图2-10）图中所示线段 BC称为外弦。对于系列图谱螺旋桨来说，通常称外弦为弦线，而对于理论设弓形切面b梭形切面机翼形切面图2-9计的螺旋桨来说，则常以内弦（鼻尾线）为弦线，弦长及螺距也根据所取弦线来定义。图2-10中所示的弦长b为系列螺旋桨之表示方法切面厚度以垂直于所取弦线方向与切面上、下面交点间的距离来表示。其最大厚度t称为叶厚，t与切面弦长b之比称为切面的相
9、对厚度或叶厚比5=-。切面的中线或平均线称为b拱线或中线，拱线到内弦线的最大垂直距离称为切面的拱度，以fM表示。fM与弦长b之比称切面的拱度比f = fM / b （见图2-10）。图 2-10(a)机翼型；(b)弓型。1：面线；2:背线；3:导缘；4:随缘；5：拱线；6：导缘端圆3 .桨叶的外形轮廓和叶面积桨叶的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表7KO从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图，从船侧看过去所看到的为侧视图了图2-11所示为一普通螺旋桨图，图上注明螺旋桨各部分的名称和术语为了正确表达正视图和侧视图之间的关系称,取叶面中间的一根母线作为作图的参考线为桨叶参考线或叶面参考线OU。
10、若螺旋桨叶面是正螺旋面，则在侧视图上叶面参考线最大厚度线侧投影轮廓线1展开轮廓叶面参考线投射轮廓考线OU与轴线垂直。若为斜螺旋面,luBi(b)图 2-11Bi(c)叶切而伸张轮廓则参考线与轴线的垂线成某一夹角称为纵斜角参考线线段OU在轴线上的投影长度称为纵斜,用Zr表示。纵斜螺旋桨一般都是向后倾斜的，其目的在于增大桨叶与尾框架或船体间的间隙,以减小螺旋桨诱导的船体振动，但纵斜不宜过大（一般K 15 ,否则螺旋桨在操作时因离心力而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶强度不利。桨叶在垂直于桨轴的平面上的投影称为正投影，其外形轮廓称为投射轮廓 。螺旋桨所有桨叶投射轮廓包含面积之总和称为螺旋桨投射面积，以A
11、p表示。投射面积 Ap与盘面积A。之比称为投射面比，即投射面比=Ap/Ao投射轮廓对称于参考线的称为对称叶形。若其外形与参考线不相对称，则为不对称叶形。不对称桨叶的叶梢与参考线间的距离Xs称为侧斜，相应之角度 0s为侧斜角。桨叶的侧斜方向一般与螺旋桨的转向相反，合理选择桨叶的侧斜可明显减缓螺旋桨诱导的船体振动桨叶在平行于包含轴线和辐射参考线的平面上的投影称为侧投影图上除画出桨叶外形轮廓及参考线OU 的位置外，还需作出最大厚度线。最大厚度线与参考线OU 之间的轴向距离 t 表示该半径处叶切面的最大厚度。它仅表示不同半径处切面最大厚度沿径向的分布情况，并不表示最大厚度沿切面弦向的位置。与桨毂相连处
12、的切面最大厚度称叶根厚度( 除去两边填角料)。辐射参考线与最大厚度线的延长线在轴线上交点的距离to与直径D之比值to/ D称为叶厚分数。工艺上往往将叶梢处的桨叶厚度做薄呈圆弧状，为了求得叶梢厚度，需将桨叶最大厚度线延长至梢径，如图2-11( a) 所示。螺旋桨桨毂的形状一般为圆锥体，在侧投影上可以看到其各处的直径并不相等。通常所说的桨毂直径( 简称毂径) 是指辐射参考线与桨毂表面相交处( 略去叶根处的填角料) 至轴线距离的两倍，并以 d 来表示 ( 参阅图 2-11( a) 。毂径 d 与螺旋桨直径D 的比值d/ D 称为毂径比。将各半径处共轴圆柱面与桨叶相截的各切面展成平面后，以其弦长置于相
13、应半径的水平线上，并光顺联接端点所得之轮廓称为伸张轮廓，如图 2-11( c) 所示。螺旋桨各叶伸张轮廓所包含的面积之总和称为伸张面积，以Ae表示。伸张面积 Ae与盘面积Ao之比称为伸张面比，即伸张面比=AE/AO将桨叶叶面近似展放在平面上所得的轮廓称为展开轮廓，如图2-11( b)所示。各桨叶展开轮廓所包含面积之总和称为展开面积，以Ad表示。展开面积 Ad与盘面积Ao之比称为展开 面比，即展开面比=AD/Ao螺旋桨桨叶的展开面积和伸张面积极为接近，故均可称为叶面积，而伸张面比和展开面比均可称为盘面比或叶面比。盘面比的大小实质上表示桨叶的宽窄程度，在相同的叶数下盘面比愈大，桨叶愈宽。止匕外，还可用桨叶的平均宽度bm来表示桨叶的宽窄程度，其值按下式求取：AEbm=旷z（ Rp）式中，Ae为螺旋桨伸张面积；d为毂径；Z为叶数。或用平均宽度比bm来表示，即bm=bm= nAE/A0（ 2-4）D 2Zfl_Q ）D 2-2 螺旋桨制图一、螺旋桨制图的内容和原理出于今后螺旋桨制造需要，在经过螺旋桨的设计计算后，即需绘制螺旋桨的总图。图2-12 所示为某船的螺旋桨总图。在总图上需画出桨叶的伸张轮廓、投射轮廓、展开轮廓（ 常可省略 ） 及侧投影轮廓。在伸张轮廓上画出若干半径处的切面形状（ 一般画八九个切面） , 在侧投影图上画出桨叶的最大厚度线, 桨叶的限界轮廓线（
