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1、第六章第六章 螺旋桨的空泡现象螺旋桨的空泡现象6.1 6.1 桨叶表面产生空泡的原因桨叶表面产生空泡的原因在在A，B两点应用伯努力方程：两点应用伯努力方程：定义减压系数为定义减压系数为如如 表示压力增高表示压力增高 表示压力降低表示压力降低 当当B点的压力降至水的汽化压力及饱和增气压力点的压力降至水的汽化压力及饱和增气压力 pv 时，开始出现空泡，时，开始出现空泡，产生空泡的条件为：产生空泡的条件为：令空泡数为：令空泡数为：如如 则则 ，产生空泡，产生空泡如如 则则 ，不产生空泡，不产生空泡 减压系数只与减压系数只与 VbV0 有关，故与切面形状、入射有关，故与切面形状、入射角角 k 及及 B
2、 点的位置有关，点的位置有关，与与V0 的大小无关。的大小无关。其中：静压力其中：静压力Pa大气压力（大气压力（10330 kgf/m2）hs桨轴或叶切面沉深桨轴或叶切面沉深气化空泡水中空气逸出到气核气化空泡水中空气逸出到气核汽化空泡水爆发式汽化汽化空泡水爆发式汽化似是空泡水中气核膨胀似是空泡水中气核膨胀空泡空泡空泡判别条件只对汽化空泡近似正确空泡判别条件只对汽化空泡近似正确减压系数如图示分布，最高点为最大减压系数，压力最低。减压系数如图示分布，最高点为最大减压系数，压力最低。在极限状态在极限状态则不发生空泡的则不发生空泡的极限速度为：极限速度为：6.2 6.2 叶切面的空泡对性能的影响叶切面
3、的空泡对性能的影响第一阶段：局部空泡，对水动力性第一阶段：局部空泡，对水动力性 能无明显影响，但可能能无明显影响，但可能 产生剥蚀产生剥蚀第二阶段：空泡区拖到随边之外，第二阶段：空泡区拖到随边之外，无剥蚀，但使对水动力无剥蚀，但使对水动力 性能恶化性能恶化6.3 6.3 螺旋桨的空泡现象，空泡对性能的影响螺旋桨的空泡现象，空泡对性能的影响一、螺旋桨的空泡现象一、螺旋桨的空泡现象涡空泡涡空泡泡状空泡泡状空泡 由梢涡和毂涡引起，先于其他空由梢涡和毂涡引起，先于其他空泡发生，不影响水动力性能，无剥蚀，泡发生，不影响水动力性能，无剥蚀，但梢涡空泡的另一端可能贴到船底，但梢涡空泡的另一端可能贴到船底，构
4、成尾振，它还使噪声明显增大。构成尾振，它还使噪声明显增大。在叶背最大厚度处产生，呈泡状，在叶背最大厚度处产生，呈泡状，在叶背后段溃灭，对水动力性能影响在叶背后段溃灭，对水动力性能影响不大，但发生剥蚀。不大，但发生剥蚀。片状空泡片状空泡 形成于外半径导边附近，如延伸形成于外半径导边附近，如延伸至随边外则形成超空泡流动，否则为至随边外则形成超空泡流动，否则为局部空泡，对水动力性能有影响，超局部空泡，对水动力性能有影响，超空泡空泡无剥蚀作用，但局部空泡有剥蚀无剥蚀作用，但局部空泡有剥蚀作用。作用。云状空泡云状空泡 空泡在物面上周期性地生成和溃空泡在物面上周期性地生成和溃灭，被水冲向后方，形成云雾状，
5、剥灭，被水冲向后方，形成云雾状，剥蚀严重。蚀严重。二、空泡对螺旋桨性能的影响二、空泡对螺旋桨性能的影响对螺旋桨空泡亦分成两个阶段：对螺旋桨空泡亦分成两个阶段：第一阶段：第一阶段：对水动力性能无影响对水动力性能无影响第二阶段：第二阶段：使使 KT，KQ，0下降，下降，空泡大部分或全部覆盖桨叶。空泡大部分或全部覆盖桨叶。前者对性能影响不大，但产生剥蚀；前者对性能影响不大，但产生剥蚀；后者影响性能，但无剥蚀作用后者影响性能，但无剥蚀作用二、延缓螺旋桨空泡发生的措施二、延缓螺旋桨空泡发生的措施1、从降低最大减压系数着手、从降低最大减压系数着手 a、增加盘面比增加盘面比 b、采用压力分布较均匀的切面采用
6、压力分布较均匀的切面 c、减小叶根处的螺距减小叶根处的螺距2、从提高空泡数着手、从提高空泡数着手 a、增加桨的浸深增加桨的浸深 b、减小桨的转速减小桨的转速思考题：试述空泡的成因及其对螺旋桨性能的影响。思考题：试述空泡的成因及其对螺旋桨性能的影响。6.4 6.4 螺旋桨模型的空泡试验螺旋桨模型的空泡试验一、相似定理一、相似定理 如几何相似的螺旋桨进速系数相等，则对应点处的速度成比如几何相似的螺旋桨进速系数相等，则对应点处的速度成比例，减压系数相等，如两者空泡数相等，对应点处的减压系数与例，减压系数相等，如两者空泡数相等，对应点处的减压系数与空泡数的关系一致，即模拟了空泡现象。空泡数的关系一致，
7、即模拟了空泡现象。满足空泡相似条件：满足空泡相似条件：若在敞水中，桨模与实桨的沉深相等，则若在敞水中，桨模与实桨的沉深相等，则 在常温下在常温下 故有故有这样这样可见欲满足空泡相似，必须可见欲满足空泡相似，必须这是不可能实现的这是不可能实现的二、空泡试验筒概述二、空泡试验筒概述 由密封的循环水由密封的循环水筒，驱动水泵，条压筒，驱动水泵，条压装置等组成，工作段装置等组成，工作段有观察窗，试验时水有观察窗，试验时水循环流动，并减压使循环流动，并减压使空泡数与实桨相等，空泡数与实桨相等，用频闪仪和高速摄影用频闪仪和高速摄影机观察和记录试验，机观察和记录试验，由动力仪测量桨的推由动力仪测量桨的推力、
8、转矩。力、转矩。三、试验方法及测量数据的表达三、试验方法及测量数据的表达 定流速，调节转速改变定流速，调节转速改变 J，调节调节筒内压力以获得所需空泡数筒内压力以获得所需空泡数，将试验将试验结果绘制成上图，并进一步绘制成如结果绘制成上图，并进一步绘制成如右图的不同空泡数的性征曲线。右图的不同空泡数的性征曲线。6.5 6.5 空泡校验空泡校验一、柏利尔限界线一、柏利尔限界线柏利尔根据统计资料提柏利尔根据统计资料提出的校核空泡的限界线，出的校核空泡的限界线，坐标为坐标为0.7R处剖面的空泡处剖面的空泡数和平均推力系数数和平均推力系数投射面积投射面积柏利尔限界线柏利尔限界线瓦根宁根水池限界线瓦根宁根
9、水池限界线应用于应用于 B 系列螺旋桨系列螺旋桨日本中小型船限界线日本中小型船限界线根据柏利尔商船限界线整理而成根据柏利尔商船限界线整理而成空泡校核举例：空泡校核举例：某散装货船某散装货船Ps=12000 hpN=118.5 rpm采用采用AU5-65图谱桨图谱桨D=5.747 mP/D=0.7820=0.559Vmax=16.05 kn=104.6 kgfs2/m4hs=5.99 mpa=10330 kgf/m2w=0.34第七章第七章 螺旋桨的强度计算螺旋桨的强度计算安全航行保证螺旋桨的强度流体动力，离心力，撞击安全航行保证螺旋桨的强度流体动力，离心力，撞击 1、分析计算法、分析计算法 2
10、、规范校核法、规范校核法7.1 7.1 规范校核法规范校核法一、螺旋桨桨叶厚度的确定一、螺旋桨桨叶厚度的确定 根据根据 1983年年钢质海船入级与建造规范钢质海船入级与建造规范，桨叶，桨叶 0.25R 和和 0.6R 切面的厚度应不小于下式计算值切面的厚度应不小于下式计算值材料系数材料系数转速系数转速系数功率系数功率系数其中：功率系数其中：功率系数主机额定功率主机额定功率主机额定转速主机额定转速切面弦长切面弦长转速系数转速系数桨叶材料的桨叶材料的重量密度重量密度盘面比盘面比后倾角后倾角K1K2K3K4K5K6K7K80.25R0.35R0.60R634520207250285151141013
11、2063541634826423342812415765380420330二、计算实例二、计算实例某散装货船某散装货船采用采用MAU4图谱桨图谱桨ZQAL12-8-3-2Ne=11100 hpN=124 rpmD=5.6 mP/D=0.70=0.521AE/A0=0.586Vmax=14.68 kn=10oG=7.4 gf/cm37.3 7.3 桨叶的径向分布桨叶的径向分布一、桨叶的叶梢厚度一、桨叶的叶梢厚度D3.0 m 时，时，t=0.0035D二、叶厚度的径向分布二、叶厚度的径向分布1、线性分布：、线性分布：t 到到0.25R处厚度连直线；处厚度连直线；2、非线性分布：、非线性分布：t 0
12、.6R0.25R处厚度连成光顺曲线；处厚度连成光顺曲线；3、荷兰船模试验水池建议的厚度分布、荷兰船模试验水池建议的厚度分布 x=r/R 处切面的厚度处切面的厚度系数（查表确定）系数（查表确定）7.4 7.4 螺距修正螺距修正一、毂径比不同对螺距的修正一、毂径比不同对螺距的修正设计螺旋桨的毂径比设计螺旋桨的毂径比系列螺旋桨的毂径比系列螺旋桨的毂径比二、叶厚比不同对螺距的修正二、叶厚比不同对螺距的修正修正原则：螺距角修正原则：螺距角 与无升力角与无升力角 0 之和为常数之和为常数无升力角无升力角 其中其中 MAU B系列系列 弓形切面弓形切面 修正后的螺距角为修正后的螺距角为 螺距为螺距为三、经过修正后螺旋桨的螺距三、经过修正后螺旋桨的螺距思考题：螺旋桨设计中为何要进行螺距修正？思考题：螺旋桨设计中为何要进行螺距修正？