英语原文共 43 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
第二章
螺旋桨推进
螺旋桨是传统推动船舶的中介，大多数情况只会有一个，有时候会是两个，在很少情况下会超过两个。在通常情况下，驱动船舶在一定下航行所必须的推动力要比拖阻力更大，流动的相关原因会在这章节里讲到。在图6中，我们可以看到相关的速度，推力，功率和效率参数。
Fig. 6: The propulsion of a ship一theory
螺旋桨类型
在图7中，螺旋桨可以被分为以下两大类：
定距螺旋桨与变距螺旋桨
图7
定距类型的螺旋桨是被铸造成一个整体，通常是用的是铜合金。刀片的位置和螺旋桨的螺距是一次性固定好的，在操作中给定的螺距不能被改变。这意味着，在操作中，在恶劣的天气条件下，螺旋桨性能曲线，即功率和速度（转/分钟）的组合，将根据物理定律变化，并且实际螺旋桨曲线不能由船员改变。大多数不需要一个特别好的机动性的船只都配有一个定距螺旋桨。CP型螺旋桨与FP螺旋桨相比，有一个相对较大的枢纽，因为轮毂有激活液压机制的空间，这个机制可以控制刀片的角度。CP螺旋桨相对昂贵，也许可达2-3倍相应于FP螺旋桨，此外，由于相对较大的轮毂，其推进器效率稍低。
CP螺旋桨大多用于需要高度机动性的滚装船，穿梭油轮、渡轮等类似的船只，像集装箱船、散货船和油轮等普通船以一个给定的船的速度在正常的海上航行很长一段时间，在一般情况下，安装一个昂贵的CP螺旋桨比FP螺旋桨浪费钱。此外，CP螺旋桨推进器更为复杂，在服务上涉及高风险的问题。
绕流条件和尾流分式系数
当船在移动时，船体的摩擦会产生一个所谓的摩擦带或船体周围的边界层。在这个摩擦带上，船体表面的水的速度与船舶的速度相等，但随着与船体表面距离的减小而减小。在离船体一定的距离，等同于摩擦带外“表面”，水的速度等于零。
从船体前端开始，摩擦带的厚度开始增大。摩擦带因此厚在船体的尾部，这个厚度是船的长度几乎成正比，参考文献[ 5 ]。这意味着，将有一定由于沿船体两侧的摩擦引起的尾流速度。此外，水船的位移也会造成尾浪的前置和后置。所有这一切都表明船体背后的螺旋桨将在一个尾场工作
因此，主要来源于摩擦后，在螺旋桨的水会有一个与船速度方向相同的伴流速度，见图6。这意味着，螺旋桨水的速度（等于螺旋桨的前进速度），被认为
是在桨盘区的平均速度，是比船舶的速度低的。
因此螺旋桨的有效伴流速度等于Vm= V–VA,可在小尺寸的形式表示伴流分数系数W。常用的伴流分数系数W泰勒给出的定义是指：
尾流部分系数的值很大程度上取决于船体的形状，也取决于螺旋桨的大小，它对螺旋桨的效率有很大的影响与螺旋桨的直径相比，螺旋桨的直径D和船的长度LWL之间的比率更能反映尾流分式系数，D / LWL给出了一个螺旋桨在船体的尾场工作粗略的程度。因此，较大的比D / LWL，W将会变小。船体比较粗糙时，伴流分数系数会增加。
对于一个螺旋桨船舶，尾流部分系数通常是0.20至0.45，对应于一个螺旋桨推进速度Va，它在船舶速度的0.80至0.55之间。尾流分式系数越大，填充系统越大。对于有两个螺旋桨和常规船体后体形式，螺旋桨通常位于摩擦带之外，在这种情况下，尾流分式系数W会大量降低。然而，对于一个拥有两个螺旋桨的双尾船型，与单螺旋桨相比，W将几乎保持不变（或略低）。顺便说一句，大伴流分数系数增大螺旋桨的危险，因为在这种情况下，螺旋桨周围的水流速度的分布很不均匀。
有时可能需要螺旋桨更均匀的流场，这还涉及到一个更高的螺旋桨推进速度Va，我们有几种方法可以获得，如有设置在盾牌下面的喷嘴等。显然，最好的方法是保证，在设计阶段，船体尾部形状就以这样一种方式，得到最佳的尾场。
推力扣除系数t
螺旋桨的旋转使其前面的水被“吸”回螺旋桨。这如果在螺旋桨上的总推力相关，这会导致额外的阻力，在船体通常被称为“阻力增加”，见图6。这意味着，在推进器上的推力必须克服的船舶的阻力Rt和“损失的推力”F。推力减额部分可以用无量纲的形式表示，推力扣除系数，被定义为：
在对不同模型进行研究的基础上，运用计算模型建立了推力减系数计算模型。在一般情况下，当唤醒率系数增大时，推力系数的大小不增加。船体的形状可能有显着的影响一个螺旋桨的推力减额系数的大小，通常在0.12到0.30的范围内，具有大的填充系数船舶具有大推力减额系数。
对于有两个螺旋桨和船体常规船舶后体形式的船舶，推力减额系数T将更小，因为螺旋桨“吸”的发生进一步的远离了船体。然而，对于一个拥有两个螺旋桨的双尾船型船舶，与单螺旋桨船相比，T将几乎保持不变（或略低）。
图8
船体效率
船体效率eta;H定义为有效功率Pe = RTхV，螺旋桨传递给水的推进功率PT = T times; VA,
一只桨的船舶，船身效率eta;H通常是在1.1到1.4的范围内，高的填充系统对船舶来讲很有价值。有两个螺旋桨和常规后体形式船体的船舶，船体效率eta;H约为0.95到1.05。然而，对于带有两个螺旋桨一个双尾船，船体系数eta;H与单螺旋桨船相比几乎不变.
螺旋桨敞水效率eta;O
螺旋桨的效率eta;O是与开放水域的工作相关，即在没有船体在螺旋桨前面的话，它工作在均匀的尾场中。螺旋桨的效率取决于，螺旋桨推进速度VA、推力T、旋转速率n、直径D，而且尤其跟螺旋桨设计有关，即它的叶片数、盘面积比，和螺距/直径比，这些将在本章的后面讨论。螺旋桨效率eta;能约0.35和0.75之间变化，参考文献[ 3 ]
图8所示，可得到的螺旋桨效率eta;O表现出一个可以预先速度VA的功能，它的无量纲形式为：
J是螺旋桨的进速系数
相对旋转效率eta;R
在船体后面的螺旋桨的流动水流实际流速是不固定的，对螺旋桨的磁盘区域也不是在正确的角度。因此，相比于当螺旋桨敞水工作，螺旋桨的效率是由eta;R因子影响，称为螺旋桨的相对旋转效率。在单螺旋桨RO船舶其旋转效率效率，通常在1到1.07，换句话说，水的旋转具有有益作用。一个传统的船形、拥有双螺旋桨的船舶旋转效率通常会较少，约为0.98，而有两个螺旋桨的双尾船，其旋转效率几乎保持不变。在W和T的组合中，eta;R经常被用来调整模型水池试验。
在船体后面工作的螺旋桨效率
螺旋桨提供给水的推力功率PT与传递给螺旋桨PD之间的比值，即螺旋桨效率eta;B为螺旋桨在船工作，定义为：
推进效率eta;D
推进效率eta;D，这不应与螺旋桨敞水效率eta;O混淆，其等于有效率功率Pe和传递给螺旋桨PD必要的功率之比，即
可以看出，推进效率eta;D等于船体效率eta;H，与敞水螺旋桨效率eta;O，和相对旋转效率eta;R的乘积，虽然后者的意义不大。在这方面，我们可以相信船型高伴流系数W，可以引起高船身效率eta;H，这样将提供最好的推进效率eta;D。然而，由于螺旋桨的效率eta;O极大地依赖于螺旋桨推进速度VA，参见图8，增加W，它将会降低，而推进效率eta;D不会如此，一般来说，随着W的提高，往往得到相反的效果。一般来说，螺旋桨在均匀流场中工作时，推进效率会达到最高。
轴效率 eta;S
轴的效率取决于轴承的调整和润滑，如果安装减速器，也会影响轴效率。轴的效率等于传递给螺旋桨的功率与制动功率的比值，即
轴的效率通常在0.99左右，一般在0.96和0.995之间。
总效率eta;T
总效率等于有效（牵引）功率和交付的主机必要制动功率之间的比值，
因此可以表示：
作用于主发动机的螺旋桨推力T和扭矩QB
在主发动机上的螺旋桨推力被应用于设计的主发动机轴系统，因此，可被描述为：
推进功率：
并且：
我们可以得到推力：
根据
我们可以得到发电机推力
发电机转矩
螺旋桨面积、系统和直径
以期获得尽可能高的推进效率eta;D，需要尽可能大的螺旋桨直径d，正常情况下，优先考虑这种情况。然而，特殊情况需要考虑。首先，船体的后体形式能够很大程度上取决于类型的船舶和船舶设计，另一方面，必要螺旋桨尖端和船体之间的距离将取决于螺旋桨形式。对于散货船和油轮，它们往往在压载条件航行，有这样的要求，螺旋桨应完全沉浸在这种条件下，也要限制螺旋桨尺寸。这种螺旋桨大小的限制对集装箱船不是特别有效，因为它们很少航行在压载条件。
所有上述因素的意思是不能在这里给出一个确切的螺旋桨直径/设计的比值，但作为一种经验，下面提到的近似值可以提出。
散装货船和油轮：d/D lt;大概0.65
集装箱船：d/D lt;大概0.74
对于强度和产量的原因，螺旋桨直径一般不会超过10米，约会有90000千瓦的功率输出。目前最大直径的螺旋桨是11米，有四个螺旋桨叶片。被宣称最大的螺旋桨直径12米，有四片桨叶。
一般来说，大直径的螺旋桨，螺旋桨效率较高，会有较低的适宜的转速跟螺距直径比。参见第三章船舶速度线与螺旋桨直径关系。
螺旋桨叶片数
螺旋桨可以用2，3，4，5或6个叶片。叶片数越少，螺旋桨的效率就越高。然而，由于强度、螺旋桨所受重载的原因，不能只有两个或三个叶片。
双叶螺旋桨用于小型船只，4、5、6叶片螺旋桨用于大型船舶。以MAN Bamp;W二冲程发动机通常是大型船只使用至少4片螺旋桨船。船舶在需要比较大的功率需求和承受重载的情况下，如集装箱船，可能需要5个或6螺旋桨叶片。最佳的螺旋桨速度取决于螺旋桨叶片的数量。因此，对于同一螺旋桨直径，6叶片螺旋桨最佳螺旋桨转速比5叶片的要低大约10%。由于振动的原因，为了不增加船体或上层结构自然震动频率，有一定数量的螺旋桨叶片可避免个别情况，参考文献【5】。
盘区系数
在较旧的文献中提到的盘区系数，表示为叶面比，定义为在它磁盘区域内螺旋桨发达的表面积。0.55这个盘区系数被视为良好的。传统的4叶片螺旋桨的盘区系数意义不大，不仅会导致对螺旋桨本身额外的阻力，对最终结果影响也不大。对于特别重载的螺旋桨船，螺旋桨通常有5、6个叶片，系数可能会有较高的价值。在军舰上它可以高达1.2。
螺距直径比
螺距直径比表示螺旋桨螺距和直径之间的比率，见图10。螺旋桨螺距是指螺旋桨的一个“螺丝”。螺距可以随叶片的半径不同而变化，一般在0.7х r，其中r= d/ 2是螺旋桨半径。
对于一个给定的螺旋桨直径，为了达到最佳的推进效率，需要找到最佳距径比，这对应于一个特定设计的旋转速率。例如，如果要求设计一个较低的转速，螺距直径比不得不增加，反之，效率下降。在另一方面，如果一个较低的设计速度被要求，船舶吃水许可，选择一个更大的螺旋桨直径可以满足要求，同时，提高推进效率。
螺旋桨系数
螺旋桨理论基于模型，但为了方便，一般使用这一理论，某些无量纲螺旋桨系数被介绍与直径，旋转速率和水密度有关。三个最重要的系数介绍如下：
正如前面提到的，螺旋桨推进数，是对螺旋桨的前进速度Va无量纲表达
推力以推力系数为基准，可表示为：
螺旋桨转矩：
转矩系数可表示为：
螺旋桨效率eta;O可以通过上述系数得到帮助，如前所述，螺旋桨效率eta;O的定义是：
通过特殊的和非常复杂的螺旋桨图，其中包含，KT，KQ等曲线，我们有可能找到并计算螺旋桨的尺寸、效率、推力、功率等。
Class 制造精度 螺旋桨螺纹
S 极高精度 0.5 %左右
I 高精度 0.75 %左右
II 中等精度 1.00 %左右
III 公差较大 3.00 %左右
螺旋桨的制造精度
在制造螺旋桨之前，必须选择由客户选择的精度等级标准的螺旋桨。有四个不同的“精度等级”，见表5。每一个类，关乎其中的细节，指定螺旋桨的最大允许设计公差，并有相应的推进器转速（转速）公差。当然，螺旋桨的价格取决于所选的精度等级，第三类为最低价格，但是，不建议使用第三类，因为这类具有太高的误差。这意味着，平均螺距公差应通常小于1%。
制造精度公差对应螺旋桨最大速度公差的1%左右。当结合了在船体尾场的公差影响，总的螺旋桨公差可以上升到2%左右。考虑到在
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[146689]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
