螺旋桨基础理论课件.ppt

1、理想推进器理论理想推进器理论式中：式中：，称为推进器的载荷系数。将式，称为推进器的载荷系数。将式（3 一一9）代人式（）代人式（3 一一7）可得效率的表达式为：）可得效率的表达式为：由式（由式（3 3 一一9 9）及式（）及式（3 3 一一10 10）可见，若己知推进器的）可见，若己知推进器的载荷系数载荷系数T T，便可以确定诱导速度，便可以确定诱导速度u ua（或（或u ua1）及效率）及效率A A图图3 3 一一2 2 表示与载荷系数表示与载荷系数T T之间的关系曲线。之间的关系曲线。T T愈愈小则效率愈高小则效率愈高 实际螺旋桨在工作时，除产生轴向诱导速度外还产生周向实际螺旋桨在工作时，

2、除产生轴向诱导速度外还产生周向诱导速度，其方向与螺旋桨旋转方向相同，两者合成作用诱导速度，其方向与螺旋桨旋转方向相同，两者合成作用表现为水流经过螺旋桨盘面后有扭转现象，如图表现为水流经过螺旋桨盘面后有扭转现象，如图3-3 3-3 所所示。示。一、旋转力与周向诱导速度的关系一、旋转力与周向诱导速度的关系设螺旋桨在无限、静止流场中以速度设螺旋桨在无限、静止流场中以速度VAVA前进，以角速度前进，以角速度=2n=2n旋转。为了便于讨论，假定螺旋桨仍旋转。为了便于讨论，假定螺旋桨仍旋转但不旋转但不前进，而水流在远前方以轴向速度前进，而水流在远前方以轴向速度VAVA流向推进器。流向推进器。现分别以现分别

3、以u ut1和和u ut表示桨盘处和远后方的周向诱导速度（其表示桨盘处和远后方的周向诱导速度（其方向与螺旋桨旋转方向相同），并对盘面上半径方向与螺旋桨旋转方向相同），并对盘面上半径r r处处dr dr 段段圆环中所流过的水流应用动量矩定理。参阅图圆环中所流过的水流应用动量矩定理。参阅图3-43-4，设设dm dm 为单位时间内流过此圆环的流体质量，其值为为单位时间内流过此圆环的流体质量，其值为式中：式中：dAdA0为桨盘上半径为桨盘上半径r r 至（至（r+dr r+dr）段的环形面积。）段的环形面积。若若L L 和和L”L”分别表示质量为分别表示质量为dmdm的流体在桨盘紧前方和紧的流体在桨

4、盘紧前方和紧后方的动量矩，则后方的动量矩，则式中：式中：uut为螺旋桨紧后方的周向诱导速度。为螺旋桨紧后方的周向诱导速度。在单位时间内动量矩的增量在单位时间内动量矩的增量 根据动能定理可知，质量为根据动能定理可知，质量为d，的流体在旋转运动时动能，的流体在旋转运动时动能的改变应等于旋转力的改变应等于旋转力dF。在单位时间内所作的功，即。在单位时间内所作的功，即式中：式中：ut1为桨盘处的周向诱导速度。为桨盘处的周向诱导速度。将式（将式（3 一一14）代入上式中，并经简化后可得）代入上式中，并经简化后可得 上式表明，螺旋桨盘面处的周向诱导速度等于盘面后任一上式表明，螺旋桨盘面处的周向诱导速度等于

5、盘面后任一截面处（包括远后方）的周向诱导速度的一半。截面处（包括远后方）的周向诱导速度的一半。二、诱导速度的正交性二、诱导速度的正交性(ua(ua与与utut间的关系）间的关系）dr dr 段圆环面积段圆环面积dAdA。吸收的功率为。吸收的功率为rdE rdE，它消耗于三部，它消耗于三部分：完成有效功分：完成有效功dTdTi iV VA A，水流轴向运动所消耗的动能，水流轴向运动所消耗的动能和水流周向运动所消耗的动能和水流周向运动所消耗的动能 。因此。因此 将将dF=dmutdF=dmut代人式（代人式（3 3 一一17 17）左边并消去两端）左边并消去两端dmdm，整理后，整理后可得可得从式（从式（3 3 一一20 20）可见，由于实际螺旋桨后的尾流旋转，）可见，由于实际螺旋桨后的尾流旋转，故理想螺旋桨效率故理想螺旋桨效率i总是小于理想推进器效率总是小于理想推进器效率iA。这里。这里尚须提醒的是：式（尚须提醒的是：式（3 3 一一20 20）乃是半径）乃是半径r r处处drdr段团环的理段团环的理想效率，只有在各半径处的想效率，只有在各半径处的dr dr 圆环对应的圆环对应的i都相等时，都相等时，该式所表示的才是整个理想螺旋桨的效率该式所表示的才是整个理想螺旋桨的效率