船用螺旋槳的工作原理分析

船用螺旋槳工作原理可以從兩種不同的觀點來解釋，一種是動量的變化，另一種則是壓力的變化。在動量變化的觀點上，簡單地說，就是螺旋槳通過加速通過的水，造成水動量增加，產(chǎn)生反作用力而推動船舶。由于動量是質(zhì)量與速度的乘積，因此不同的質(zhì)量配合上不同的速度變化，可以造成不同程度的動量變化。 

 另一方面，由壓力變化的觀點可以更清楚地說明螺旋槳作動的原理。螺旋槳是由一群翼面構(gòu)建而成，因此它的作動原理與機翼相似。機翼是靠翼面的幾何變化與入流的攻角，使流經(jīng)翼面上下的流體有不同的速度，且由伯努利定律可知速度的不同會造成翼面上下表面壓力的不同，因而產(chǎn)生升力。而構(gòu)成螺旋槳葉片的翼面，它的運動是由螺旋槳的前進與旋轉(zhuǎn)所合成的。若不考慮流體與表面間摩擦力的影響，翼面的升力在前進方向的分量就是螺旋槳的推力，而在旋轉(zhuǎn)方向的分量就是船舶主機須克服的轉(zhuǎn)矩力。

 以一片槳葉的截面為例：當(dāng)船艇靜止時，螺旋槳開始工作，把螺旋槳看成不動，則水流以攻角α流向槳葉，其速度為2πnr（n為轉(zhuǎn)速；r為該截面半徑）。根據(jù)水翼原理，槳葉要受升力和阻力的作用，推動螺旋槳前進，即推動船艇前進。船艇運動會產(chǎn)生頂流和伴流。繼續(xù)把船艇看成不動，則頂流以與艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋槳流來，而伴流則以與艇速方向相同，流速為ur向螺旋槳流來。通過速度合成，我們可以得到與螺旋槳成攻角α，向槳葉流來的合水流。則槳葉受到合水流升力dL和阻力dD的作用，將升力和阻力分解，則得到平行和垂直艇首尾線的分力：

dT＝dL•cosβ－dD•sinβ  

dQ＝dL•sinβ＋dD•cosβ 

dT使船艇前進稱為推力；dQ稱為橫向力，即槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力。 

顯然，攻角α和流入槳葉的水流合速度V合決定了T和Q的大小。通常螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，而航速越低，即攻角α較大時，T和Q也越大。 

設(shè)艇速V不變，如伴流流速增加（合速度減小），則攻角增大，推力和阻力也大；如果螺旋槳轉(zhuǎn)速增加（合速度增加），則攻角增大，推力和阻力也大。當(dāng)船艇靜止不動時，螺旋槳轉(zhuǎn)動時，水流攻角很大，則推力和阻力可能達到很大的值。阻力過大，對主機工作不利。所以船艇在從靜止開始用車時，不宜用高速；同理，船艇在前進中換倒車時或從后退中換正車時，都應(yīng)經(jīng)過停車階段，讓艇速下降后再行轉(zhuǎn)換，而不宜直接轉(zhuǎn)換。主要是防止出現(xiàn)大攻角，產(chǎn)生巨大的旋轉(zhuǎn)阻力，造成主機超負荷。
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