船的螺旋桨是什么结构?

螺旋桨

古代的轮子,也就是欧洲所谓的“桨轮”,与蒸汽机配合,在一个轮毂上倾斜安装一排原桨轮的直叶片。螺旋桨的原型已经形成;

2.在古代,风车可以通过随风旋转来输出扭矩。相反,在水中,如果通过输入扭矩使风车旋转,水中的风车可能推动船只移动。

3.当时使用了几个世纪的阿基米德螺旋泵,可以水平或垂直方向提水,螺旋结构可以汲水的事实,是作为推进器的重要启示。

伟大的英国科学家胡克在1683年成功地采用了风速计的原理来测量水的流量。同时,他提出了一种新的螺旋桨——虎克螺旋桨(图1)来推进船舶,为船舶螺旋桨做出了巨大贡献。

1752年,瑞士物理学家伯努利首次报道螺旋桨优于在它之前存在的各种螺旋桨。他设计了一个双导螺杆螺旋桨,安装在船尾舵的前面。1764年,瑞士数学家欧拉研究了其他可以代替船帆的螺旋桨,比如桨轮(桨轮)。喷水,包括螺旋桨。

潜水器和潜艇在水下运动,传统的桨和帆无法使用,笨重的桨轮也难以适应。所以第一个手动推进器不是用在船上,而是作为潜水器的推进工具。

蒸汽机的出现为船舶螺旋桨提供了新的良好动力,顺应了蒸汽机的发展,成为船舶推进的最新课题。

第一个实验螺旋桨是由美国人斯蒂芬驾驶的。他在1804建造了一艘7.6米长的船,由蒸汽机直接驱动。他在哈德逊河进行了第一次实验性航行。实验中发现发动机不工作了,于是他换成了瓦特蒸汽机。实验速度为4节,最高速度达到8节。

斯蒂芬螺旋桨有四个风车叶片(图2),这是伪造的。与普通风车相比,它增加了叶片的径向宽度。为了在实验中选择更好的桨距和转速匹配,将叶片做成可调桨距的结构。在哈德逊河为期两周的实验航行中,螺旋桨改变了几个螺距值,但实验结果并不理想,其性能远不及桨轮。这个实验让他明白,在蒸汽机低速的情况下,开式轮的优越性得到了充分的发挥,其推进效率高于螺旋桨,这是必然的结论。

阿基米德螺线的引入最早见于1803,英国阿基米德推进器于1829获得专利。在此基础上,1840- 1841建造了部分民用螺旋桨。1843年,英国海军在“雷特勒”号上首次用螺旋桨代替了桨轮。后来,史密斯设计了20艘螺旋桨船,并参加了对俄战争。史密斯成了一个著名的人物。

1843年,美国海军建造了第一艘螺旋桨船“普林·西顿”号,由埃里森船长设计。在埃里森的积极推动下,美国继续建造41民用螺旋桨船,最大排水量2000吨。

虽然英国、美国等国家已经取得了一定的成功,但是螺旋桨用于船舶推进时仍然存在很多问题,比如木质船体船舶上的可怕振动、吃水线以下的螺旋桨轴轴承磨损、螺旋桨轴密封、推力轴承等。

随着技术的进步,螺旋桨的上述缺点被一一克服,蒸汽机的速度也提高了,越来越多的螺旋桨取代了船上的桨轮。到1858,“大东方”号装备了当时世界上最大的螺旋桨,直径7.3米,重36吨,转速50转/分。那时候螺旋桨标准已经不权威了。由于螺旋桨的推进效率与明轮接近,且具有许多明轮无法抗衡的优点,明轮在海船上逐渐消失。

在科技发展中,很多机械装置的性能在人们还不清楚的时候就已经得到了广泛的应用。然而,在人们完全了解其物理规律和完成理论分析之前,这些器件很难达到其最佳性能。螺旋桨也不例外,直到1860,虽然已经成为海船中的佼佼者,但其成就都是基于多年的经验积累。螺旋桨的进步,仅仅依靠专家的直观推理,已经不能满足船舶技术发展的需要,需要科学家对其水动力特性做出完整的解释,推动了螺旋桨理论的发展。

在船舶技术的发展中,螺旋桨的理论研究比其他任何专业领域都做得多,从经验方法到数字设计,再到利用计算机技术优化螺旋桨的设计。一个好的螺旋桨的设计很重要,模型试验也起着主要作用。

现代螺旋桨的发展贡献不大,因为中国从19世纪中叶开始成为半殖民地。解放后,我国造船工业取得了新的发展,在螺旋桨技术上做了大量的设计和研究工作,为各种船舶装备了大量自行设计制造的螺旋桨。最值得骄傲的是“离叶桨”的出现,这是我国螺旋桨技术发展的一大创造。那是上世纪60年代,广州文冲船厂有个叫周婷的师傅。他根据自己几十年制作螺旋桨的经验,把螺旋桨的叶片轮廓做成《三国演义》中关公82斤大刀会的样式,他形象地称之为“关刀桨”(图4)。

“闭叶桨”已经在一些船上尝试航行,提高了船速,更奇怪的是,螺旋的震动也大大减弱了。在当时的长江2000马力拖船和中国登陆艇上使用,取得了良好的效果。这一成就吸引了许多造船界人士。1973在上海首先做了“闭叶”的敞水试验研究,也提供了设计图。有趣的是,当今世界著名造船国家研制的“大侧斜”螺旋桨,如(图5)最新的船用大侧斜螺旋桨,直径6.3米,轴功率35660千瓦,船速32.8节;图6是客轮上新采用的大侧斜螺旋桨。螺旋桨直径5.1m,轴功率15640干瓦,船速23.2节。图7显示了最新化学品船上使用的大型斜螺旋桨。螺旋桨直径6.2m,轴功率10400kW,船速16.7节。它们与“收叶桨”非常相似,其重要特点是振动小、噪音低,这也是“收叶桨”的特点。