[科普中國]-進(jìn)速系數(shù)

進(jìn)速系數(shù)計(jì)算

如果螺旋槳是在剛性介層中工作，像螺釘在螺母巾運(yùn)動一樣。無疑地，旋轉(zhuǎn)一周在軸線上前進(jìn)的距離將等于幾何螺距P。但螺旋槳是在舟艇后工作的，其前進(jìn)的距離決定于舟艇速度。螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周在軸向前進(jìn)的距離稱為進(jìn)程，以hp表示。進(jìn)程hp將小于幾何螺距P，其差值(P-hp)為滑脫，如圖1所示?；撆c沖角有一定聯(lián)系，正是由于有滑脫才會產(chǎn)生推力?；撆c螺距之比稱為滑脫比，以S表示。即：

或

進(jìn)程hp與螺旋槳直徑D之比稱為進(jìn)速系數(shù)，因螺旋槳每秒鐘前進(jìn)的距離為nhp=vA，故進(jìn)速系數(shù)可寫成：

式中：vA——螺旋槳進(jìn)速(m/s)；

n——螺旋槳槳轉(zhuǎn)速(r/s)。

由上式可得進(jìn)速系數(shù)J與滑脫比S之間的關(guān)系為：

在螺距P一定的情況下，若不考慮誘導(dǎo)速度，則滑脫(或滑脫比S)的大小即標(biāo)志沖角αk的大?。换摫萐大(進(jìn)速系數(shù)J小)即表示沖角αk大，則螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩亦大。因此，滑脫比(或進(jìn)速系數(shù)J)是影響螺旋槳性能的重要參數(shù)，對于幾何形狀一定的螺旋槳來說，其推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)只與進(jìn)速系數(shù)J(或滑脫比S)有關(guān)。2

螺旋槳的特性曲線螺旋槳的水動力性能是指一定幾何形體的螺旋槳在水中運(yùn)動時所產(chǎn)生的推力、消耗的轉(zhuǎn)矩及效率與進(jìn)速vA和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。在研究它們之間的關(guān)系時，通常不是應(yīng)用推力和轉(zhuǎn)力矩的絕對數(shù)量，而是以無因次系數(shù)來表示。這樣可使所得到的結(jié)果不受幾何尺寸的限制，它們的表達(dá)式分別為：

推力系數(shù)：

轉(zhuǎn)矩系數(shù)：

效率：

式中：T——推力（N）；

Q——轉(zhuǎn)矩（N·m）；

ρ——水的密度（kg/m3）；

n——螺旋槳轉(zhuǎn)速（r/s）；

D——螺旋槳直徑(m)。

對于幾何形狀一定的螺旋槳而言，推力系數(shù)KT、轉(zhuǎn)力矩系數(shù)KQ及效率η0與進(jìn)速系數(shù)J有關(guān)。通常把螺旋槳在不同進(jìn)速系數(shù)時的推力系數(shù)KT、轉(zhuǎn)矩系數(shù)KQ和效率η0繪在同一圖上，如圖2所示。因KQ的數(shù)值太小，常增大10倍(10KQ)與KT共用一縱坐標(biāo)。表示螺旋槳水動力系數(shù)KT、KQ和η0與進(jìn)速系數(shù)J之間關(guān)系的曲線稱為螺旋槳的淌水性征曲線。通常它是根據(jù)敞水螺旋槳模型試驗(yàn)結(jié)果繪制的，也可以用理論方法求得。它表示螺旋槳在正車狀態(tài)時的全面性能。

從圖2中可以看出：

(1)推力系數(shù)KT和轉(zhuǎn)矩系數(shù)KQ隨進(jìn)速系數(shù)J的增加而減小，其原因主要因?yàn)闆_角的改變。因?yàn)镴大則沖角小，J小則沖角大，在一定的范圍內(nèi)，沖角的增大，會使升力和阻力增加。

(2)當(dāng)螺旋槳的轉(zhuǎn)速一定時，即當(dāng)J=0時，KT和KQ均達(dá)到最大值。舟艇在系泊試驗(yàn)時，即為此種情況，這是檢驗(yàn)螺旋槳在最大推力及轉(zhuǎn)矩作用下能否滿足強(qiáng)度要求的辦法之一，也可檢查系柱推力是否與設(shè)計(jì)要求相符。由于系柱試驗(yàn)時轉(zhuǎn)矩大，因而主機(jī)會超負(fù)荷。一般情況下，柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時，其功率不能超過額定功率的110%，而且超功率時不能多于1 h，如發(fā)生這種情況，必須降低轉(zhuǎn)速。

(3)當(dāng)J為某一數(shù)值時，KT=0，即沒有產(chǎn)生推力，但此時KQ并不為零，但數(shù)值很小。例如，當(dāng)主機(jī)由全速變換為低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于舟艇有慣性，仍會保持一定航速前進(jìn)，即進(jìn)速系數(shù)變化小，而螺旋槳的轉(zhuǎn)速已很低，致使水流的實(shí)際沖角為零升力角，螺旋槳不產(chǎn)生推力。

(4)從效率η0曲線可知，當(dāng)J為某一數(shù)值時，效率出現(xiàn)最高位，但對不同螺距比的螺旋槳，效率的最高值大小是不同的。螺距比越大(在一定的范圍內(nèi))，則最高效率數(shù)值也越大。此時所對應(yīng)的J值也大，即在一定的D、n之下，舟艇速度較快；或在一定航速下，D、n較小。換句話說，負(fù)荷輕的螺旋槳，其螺距比稍大一些，所對應(yīng)的J值也大一些。2

進(jìn)速系數(shù)J的變化對螺旋槳性能的影響進(jìn)速系數(shù)J的變化對螺旋槳性能的影響：當(dāng)進(jìn)速系數(shù)J=0時，VA=0，即螺旋槳只旋轉(zhuǎn)而不前進(jìn)，推力和轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值；當(dāng)轉(zhuǎn)速保持不變，隨著J的增加，攻角減小，推力與轉(zhuǎn)矩也減小；如J增大到某一值時，螺旋槳不遭受旋轉(zhuǎn)阻力，此時螺旋槳產(chǎn)生負(fù)推力。1