船用螺旋桨的工作原理分析

船用螺旋桨工作原理可以从两种不同的观点来解释，一种是动量的变化，另一种则是压力的变化。在动量变化的观点上，简单地说，就是螺旋桨通过加速通过的水，造成水动量增加，产生反作用力而推动船舶。由于动量是质量与速度的乘积，因此不同的质量配合上不同的速度变化，可以造成不同程度的动量变化。

 另一方面，由压力变化的观点可以更清楚地说明螺旋桨作动的原理。螺旋桨是由一群翼面构建而成，因此它的作动原理与机翼相似。机翼是靠翼面的几何变化与入流的攻角，使流经翼面上下的流体有不同的速度，且由伯努利定律可知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。而构成螺旋桨叶片的翼面，它的运动是由螺旋桨的前进与旋转所合成的。若不考虑流体与表面间摩擦力的影响，翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力，而在旋转方向的分量就是船舶主机须克服的转矩力。

 以一片桨叶的截面为例：当船艇静止时，螺旋桨开始工作，把螺旋桨看成不动，则水流以攻角α流向桨叶，其速度为2πnr（n为转速；r为该截面半径）。根据水翼原理，桨叶要受升力和阻力的作用，推动螺旋桨前进，即推动船艇前进。船艇运动会产生顶流和伴流。继续把船艇看成不动，则顶流以与艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋桨流来，而伴流则以与艇速方向相同，流速为ur向螺旋桨流来。通过速度合成，我们可以得到与螺旋桨成攻角α，向桨叶流来的合水流。则桨叶受到合水流升力dL和阻力dD的作用，将升力和阻力分解，则得到平行和垂直艇首尾线的分力：

dT＝dL•cosβ－dD•sinβ

dQ＝dL•sinβ＋dD•cosβ

dT使船艇前进称为推力；dQ称为横向力，即桨叶的旋转阻力。

显然，攻角α和流入桨叶的水流合速度V合决定了T和Q的大小。通常螺旋桨转速越高，而航速越低，即攻角α较大时，T和Q也越大。

设艇速V不变，如伴流流速增加（合速度减小），则攻角增大，推力和阻力也大；如果螺旋桨转速增加（合速度增加），则攻角增大，推力和阻力也大。当船艇静止不动时，螺旋桨转动时，水流攻角很大，则推力和阻力可能达到很大的值。阻力过大，对主机工作不利。所以船艇在从静止开始用车时，不宜用高速；同理，船艇在前进中换倒车时或从后退中换正车时，都应经过停车阶段，让艇速下降后再行转换，而不宜直接转换。主要是防止出现大攻角，产生巨大的旋转阻力，造成主机超负荷。

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