《螺旋桨的几何特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺旋桨的几何特性（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章螺旋桨几何形体与制造工艺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一、螺旋桨各部分名称螺旋桨俗称车叶，其常见外观如图2-1 所示。图 2-1螺旋桨通常装于船的尾部( 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，左右各一者称为双螺旋桨船，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) 。螺旋桨与尾轴联接部分称为桨毂， 桨毂是一个截头的锥形体。为了减小水阻力，在桨毂后端
2、加一整流罩，与桨毂形成一光顺流线形体，称为毂帽。xx转向叶面叶背叶面参考线桨叶梢圆随边导边侧投影轮廓径旋桨直叶根螺ZdOKZDOt0y桨毂lkDr毂帽叶根叶梢（端）(a)(b)图 2-2234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
3、旋桨直径，以 D 表示。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积，以A0表示：A0D2( 2-1)=4当螺旋桨正车旋转时， 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。反之，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 oo1 成固定角度，并使 ab 以等角速度绕轴oo1 旋转的同时以等线速度沿oo1 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
4、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，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。do1(a)(b)baco(c)(d)图 2-3图 2-4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。任一共轴之圆柱面与螺旋面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BB 1B2。如将此圆柱面展成平面，则此圆
5、柱面即成一底长为2R 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 BB 称为螺距三角形，节线与底线间之夹角称为螺距角，如图2-5( b) 所示。由图可知，螺距角可由下式来确定：235tg=P( 2-2)2 RB2A 2B2B2A 1B1PB1PBABBR2 R(a)(b)图 2-5三、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 B0 0段。若将螺旋线段0 0引长环绕轴线一周，则CB C其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距P。若螺旋
6、桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则P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距三角形如图 2-6( c) 所示。RC0P/4C 0PC0B 0B0B0Or2 r(a)(b)(c)图 2-6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 2r，节线与底线之间的夹角为半径 r 处的螺距角，并可据下式来确定：tg =P( 2-3)2 r螺旋桨某半径r 处螺距角的大小，表示桨叶叶面在该处的倾斜程度。不同半径处的螺236距角是不等的， r 愈小则螺距角愈大。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，其
7、展开后的螺距三角形如图2-7( b) 所示。显然，r 1r 2 r 3 而 1 2 3。PPr3r 2 32 1r 12 r12r 32 r2(a)(b)图 2-7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开如图 2-8 所示。对此类螺旋桨常取半径为0.7R 或 0.75R( 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。2r 22r3P31 P2P2r1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
8、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%弦长处。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) ，
9、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237ttbb弓形切面梭形切面ttbb机翼形切面月牙形切面图 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 之比称为切面的相对厚度或叶厚比= t 。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 2-1
10、0) 。内弦5223f M4AtBC1外弦1bbt f M5526tht1h tf Mbb(a)(b)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示。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。图 2-11 所示为一普通螺旋桨图，图上注明了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，取叶面中间的一根母线作为作图的参考线，称为桨叶参考线或叶面参考线，如图中直线OU 。若螺旋桨叶面是正螺旋面，则在侧视图上参238XX叶面参考
11、线xs叶面参考线zRUUUs最大厚度线侧投影轮廓线BC展开轮廓B1AA1C1tt伸张轮廓投射轮廓rFr Bot0oY叶切面ol BlK(a)(b)(c)图 2-11考线 OU 与轴线垂直。若为斜螺旋面，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 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 AP 表示。投射面积 AP 与盘面积 A0 之比称为投射面比，即投射面比 = AP/A0投射轮廓对称于
