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1、造 船 技术Shipbuilding Technology制作：大连造船重工科技部情报室 日期：2003年11月7日 来源：世界海运2002.2. 提高螺旋桨效率的新方法自从船舶的推进装置采用了螺旋桨后，人们就不断地采取了各种各样的方式，例如用 气垫式制成气垫船等将船的速度在过去的几十年里提高了许多，但在螺旋桨的结构及制造方 面并无突破性进展、仍然是老样子，只是在桨叶的数量上有少许改进，但这都不能从根本上 解决螺旋桨的效率问题。1 问题的提出 传统的教科书均认为，螺旋桨前后的水流可视为在一根无形的管中流动的水流。设桨叶前的水流流速为V,截面积为A,流体密度为,桨叶后的水流流速为V2，截面积为A
2、2， 流体密度为2，那么，根据流体力学原理，在单位时间内通过两个截面的流体质量应相等， 所以，有VlA=2 V2 A2。又由于戸2V2V,所以，AA2 根据以上分析，水流经桨叶后，流管内由于水流的轴向速度增加，所以，流管剖面有所收 缩，如图 1。流经桨叶的水流果真像教科书所讲的那样有所收缩吗？事实上，流经桨叶后的水流变 化非常复杂，绝非普通教科书所讲的那样简单。实验 1 如果我们在池塘边安装一台抽水肌，如抽水机的出水管很短，即水流刚刚经过叶轮 就不受管壁的束缚，这时候，我们就会发现经过叶轮的水流并不像我们想象的那样变细，而 是水流随叶轮一起扭转，其运动轨迹为螺旋型，向四周扩散，呈发散状，其截面
3、比原来的大， A1A2。实验 2 当你打开一台台式电风扇，使其处于不摆动状态，人站在风扇的对面，当然有很 大的风，但是，当人站在风扇的旁边更远一点的地方，你仍然能感觉到有阵阵清风掠过，并不一定要站在叶片的正对面，这也正说明风经叶片后向四周发散，其截面积比原来的要大，A12,这样，我们就容易理解为什么AA的道理了。3问题的解决通过对以上问题的分析，我们了解到螺旋桨转动产生的动能主要用在使水流产生轴向和 切向的速度，然而，水流在切向获得的动能对船舶来说是无用的。经研究表明，螺旋桨产生 的动能大约 20%左右转换咸水流在切向的动能。那么，如何将这部分无用功转换成推动螺旋 桨前进的有用功呢？这对于提高
4、螺旋桨的推进效率将大有裨益。3.1现有的方法目前有一种认可的方法是使用导流管，将水流在切向的部分动能转化成轴向的动能，如 图 5 。这种方法虽然在理论上可行，但很少有船在实际中采用，原因一是能量转换的效率低， 从图 5 中可以看出，从桨叶中排出的水流以一定的角度流向管壁，与管壁碰撞损失一部分能 量后又反射回来，相当一部分能量在这一过程中被损失掉。第二是导流管庞大，设计、安装、 保养不便，还很容易与其他海上漂浮物绞缠在一起。那么，有没有一种方法可以将流经螺旋 桨盘面的所有水流动能都转换成在轴向的动能呢？下面介绍一种可行的方法供同行们参考。3.2 新的方法我们可以这样设想：将螺旋桨的每一片桨叶的末
5、端都弯成90的光滑弧型，并适当加长， 这样，当螺旋桨在转动时，部分随桨叶扭转向径向运动的水流会通过 90的光滑圆弧，平滑 地改变水流方向，向轴向流去，从而有效地增加螺旋桨的推力，如图6。实验证明，这一方法是切实可行的。我们通过在水池中对相同直径，相同转速的螺旋桨 产生的推力测定表明，采用新方法制成的螺旋桨产生的推力比原螺旋桨产生的推力增加15% 18%，根据螺旋桨的基本理论，螺旋桨的推进效率n =RV/2n即n与阻力R （当船以速 度V前进时，阻力R与推力T相等）成正比，也就是船舶的推进效率也会相应提高15%18%, 从而大大地提高了螺旋桨的推进效率。该方法与传统的导流管等方法相比较，具有设计合理，制作简便，能量转换率高等优点。
