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船舶螺旋桨功率系数(船用螺旋桨推力与功率)

时间:2022-11-24 23:54 点击:233 编辑:邮轮网

1. 船用螺旋桨推力与功率

这个跟飞机机翼在空气中的升力产生一样,各种说法都有。总的来说可以从宏观和微观两个角度去看。微观,桨叶各部分受到水的压力不同,两面受到的总压力也不同,这个压力差形成个推力。

宏观看,牛顿第三定律,作用力等于反作用力,只要想办法对水有个向后的推力,谁就会对螺旋桨一个向前的推力。

具体到细节的公式,水是不可压流体,在不考虑空泡的情况下,可以用伯努利方程(高中物理课本上有)来分析,整个流场各部分速度不等,就带来各处压力不等,实现了刚刚介绍的第一条的情况。

2. 船用螺旋桨推力与功率比值

喷气式发动机的主要性能指标之一就是推力,有效输出功率则不考虑,也无法考虑。

因为这种发动机的所有可用功率都转化成了流经发动机的空气的动能,以喷射气体的反作用力来推动飞机。当飞机在空中高速飞行的时候,发动机提供的推力乘以飞行速度,也可以看作是发动机推动飞机的功率。但是在不同的飞行速度下,发动机提供给飞机的推力是不一样的。飞行高度不同,由于空气密度不同,则会导致发动机进气流量不同,推力也不同。通常给出的发动机推力数值,是地面台架试车(就是飞行速度为零)时的推力。在实际计算中通常直接采用飞机的阻力和发动机推力这样的参数来进行,而不是折算成功率。涡轮螺旋桨发动机,是尽可能的将燃料的燃烧热转化成可用的机械能输出,驱动螺旋桨转动。发动机输出给螺旋桨的有用功则是能测量出来的。所以涡轮螺旋桨发动机主要性能参数之一就是功率。涡轮喷气式发动机一般不能改造成涡轮螺旋桨发动机。因为涡轮喷气式发动机压气机级数少,压缩比比较低,不适于改成以输出功率为目的的发动机。

3. 船舶的发动机与推动螺旋桨

大家都知道螺旋桨飞机没有喷气式飞机飞得快,可这是为什么呢?要弄清这个问题,还要从两者的工作原理说起。   

我们知道,螺旋桨飞机是采用活塞式发动机,靠螺旋桨产生飞机前进的拉力。飞机上用的活塞式发动机跟现在汽车上用的发动机基本一样,只不过是轻巧一些、功率大一些。活塞式发动机工作时,带动飞机螺旋桨旋转,把空气向后吹,这样就产生反作用力作用在螺旋桨上。这股力量传到飞机上,便成为带动飞机前进的拉力。发动机的功率小,产生使飞机前进的拉力就小,飞机的速度就必然快不了。

为了使飞机飞得快一些,人们千方百计地想办法提高发动机的功率。但是,当航空活塞式发动机的功率大到足以使飞机速度达到750公里/小时左右时,要想把飞机速度再提高一些就很因难了。一方面,因为螺旋桨的转速并不是无限的;另一面,当飞机速度快到螺旋桨相对于空气的运动速度接近音速时,螺旋桨前便产生一种空气波,像船在水面高速前进时出现的船头波一样,称为“激波”。

这种激波引起的阻力很大,使螺旋桨的效率立即急遽下降。不管发动机的功率多大,飞机仍然飞不快。因此,要使飞机飞得快,达到音速,活塞式发动机是无能为力的。   

而喷气式飞机就不同了。喷气发动机是靠空气和汽油燃烧,产生大量高温高压气体,向后喷射,产生推力使飞机前进。由于高速喷射气流直接产生反作用力推动飞机飞行,不像螺旋桨飞机高速飞行时效率反会下降,所以喷气式飞机特别适于高速飞行。

目前,有的喷气式歼击机最快已达3000公里/小时,即相当于两倍多音速。   

4. 螺旋桨推力与功率比值

这个不是力的问题,应该用功率来度量螺旋桨,力大不一定功率就高,比如飞机的单片螺旋桨推力很小,但是旋转速度很大,功率就很高,比如轮船的螺旋桨,单片推力很大,但是旋转速度很慢,功率也很高,所以应当以功率来度量。

  螺旋桨:螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转,将发动机转动功率转化为推进力的装置,可有两个或较多的叶与毂相连,叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。

5. 船用螺旋桨直径大小与推力

螺旋桨推力

螺旋桨排出的气体使得螺旋桨获得反作用力。你把螺旋桨桨盘(或者旋翼、涵道)看成一个通道,通道排出空气的时候会受到空气的反作用力,即推力。

工作原理

螺旋桨推进时,由于桨叶材料的对桨尖载荷的限制,桨尖速度一般限制在当地音速以下。

螺旋桨的几何因素:翼型剖面、展长、扭转角、桨距。

螺旋桨的翼型剖面和展长在很大程度上决定了螺旋桨的推力,产生推力对应所需的扭转力矩(来自发动机)。对于螺旋桨背风面被排出的流动结构(下洗气流-直升机,滑流-螺旋桨推进器),可以看作是每一小段螺旋桨翼型前飞所产生下洗气流的综合效果。

几何参数

直径(D):影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下,直径增大拉力随之增大,效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(<0.7音速),否则可能出现激波,导致效率降低。

桨叶数目(B):可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时,采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。

实度(σ):桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。

桨叶角(β):桨叶角随半径变化,其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。习惯上以70%直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。

螺距:它是桨叶角的另一种表示方法。

几何螺距(H):桨叶剖面迎角为零时,桨叶旋转一周所前进的距离。它反映了桨叶角的大小,更直接指出螺旋桨的工作特性。桨叶各剖面的几何螺矩可能是不相等的。习惯上以70%直径处的几何螺矩做名称值。国外可按照直径和螺距订购螺旋桨。如64/34,表示该桨直径为60英寸,几何螺矩为34英寸。

实际螺距(Hg):桨叶旋转一周飞机所前进的距离。可用Hg=v/n计算螺旋桨的实际螺矩值。可按H=1.1~1.3Hg粗略估计该机所用螺旋桨几何螺矩的数值。

理论螺矩(HT):设计螺旋桨时必须考虑空气流过螺旋桨时速度增加,流过螺旋桨旋转平面的气流速度大于飞行速度。因而螺旋桨相对空气而言所前进的距离一理论螺矩将大于实际螺矩 。

计算公式

如果假设螺旋桨排出流体的速度较慢,对周围介质的整体影响可以忽略,那么可以从动量角度推算螺旋桨推力:

推进功率P=FV=通道面积*空气密度*流速^3;

推力F=通道面积*空气密度*流速^2;

很明显,如果试图增加力,又不增加功率,可采用的方法应该是去增大这个通道的面积(以降低气流速度),也就是螺旋桨之类的直径。

事实上,工业中的螺旋桨尺度都很大,螺旋桨推进速度或尾流速度产生的压力变化足以引起周围环境流体的大尺度流动,螺旋桨上游气体有抽吸作用,对下游有吹除作用,压差阻力和排出尾流得速度变慢,不可避免的引起推进力下降。这一偏差可以使用一些经验数据来进行修正:

推力F=Cn*通道面积*空气密度*流速^2;

不同类型螺旋桨的推力系数:

Cn=0.8;某运输机螺旋桨

6. 船舶螺旋桨推力

船用螺旋桨一般来说,在同样的桨面直径,同样的螺距比情况下,螺旋桨的叶数越多,推力越好,推进效率越高。

螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转,将发动机转动功率转化为推进力的装置,可有两个或较多的叶与毂相连,叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种船用推进器。螺旋桨分为很多种,应用也十分广泛,如飞机、轮船的推进器等。

7. 船用螺旋桨推力与功率的关系

螺旋桨的推力小,涡轮的推力大,能达到1.0以上的推力。涡轮的又分为涡扇和涡喷。

8. 船用螺旋桨动力计算

螺旋桨的前缘和后缘连一直线,该直线与螺旋桨平面的夹角。

角度:螺旋桨桨叶与螺旋桨旋转面的夹角;直角长边:螺旋桨半径乘以3.14159;直角短边(螺距):用三角形公式计算。

9. 船用螺旋桨推力与功率有关吗

螺旋桨是由一群翼面构建而成,因此它的做功原理与机翼相似。机翼是靠翼面的几何变化和入流的攻角,使流经翼面上下的流体有不同的速度,而由伯努利定律可知这速度的不同会造成翼面上下表面压力的不同,因而产生升力,翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力。船用螺旋桨一般来说,在同样的桨面直径,同样的螺距比情况下,螺旋桨的叶数越多,推力越好,推进效率越高!

船用螺旋桨的分类:

在普通螺旋桨的基础上,为了改善性能,更好地适应各种航行条件和充分利用主机功率,发展了以下几种特种螺旋桨。

一、可调螺距螺旋桨

简称调距桨,可按需要调节螺距,充分发挥主机功率;提高推进效率,船倒退时

10. 螺旋桨推力与吸收的功率和船速之间的关系

10万吨船发动机是30万匹马力的发动机!

甚至高达1米,活塞冲程始终大于2米,输出功率可以超过80000千瓦,看仅活塞的行程是2米左右,很多人不知道发动机有多大,14RT-flex96C柴油机,机长27.3m,高度13.5m,重量2300吨,仅曲轴重300吨。依靠柴油发动机提供的强大动力推动直径为9.6米的6叶片螺旋桨,船速可达到25.5节。

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