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第137章 空氣槳

  • 我是魔王別惹我
  • 云陌JUN
  • 2054字
  • 2021-11-18 13:54:25

阿基米德螺旋的引入,最早見于1803年,1829年有英國的阿基米德螺旋槳的專利。并在此基礎(chǔ)上于1840到1841年建造了一些民用的螺旋槳。

1843年,英國海軍在“雷特勒”號(hào)艦上,第一次以螺旋槳代替明輪,隨后由斯密士設(shè)計(jì)了20艘螺旋槳艦,參加了對(duì)俄戰(zhàn)爭(zhēng),斯密士成為著名人物。

1843年,美國海軍建造了第一艘螺旋槳船“浦林西登”號(hào),它是由艦長(zhǎng)愛列松設(shè)計(jì),在愛列松的積極推廣下,美國相續(xù)建造了41艘民用螺旋槳船,最大的排水量達(dá)2000噸。

盡管英、美等國取得了一些成功,但是螺旋槳用作船舶推進(jìn)還有很多問題,如在木殼船上可怕的振動(dòng),在水線下的螺旋槳軸軸承磨損,槳軸密封,推力軸承等。

隨著技術(shù)的進(jìn)步,螺旋槳的上述缺陷,一個(gè)一個(gè)地克服,以及蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,愈來愈多螺旋槳在船上取代明輪。到1858年,“大東方”號(hào)裝有當(dāng)時(shí)世界上最大的螺旋槳,它的直徑有7.3米,重量達(dá)36噸,轉(zhuǎn)速每分種50轉(zhuǎn),當(dāng)時(shí),推進(jìn)器標(biāo)準(zhǔn)不再具有權(quán)威性,由于螺旋槳的推進(jìn)效率接近明輪,而且它卻具有許多明輪無法競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)點(diǎn),明輪逐步在海船上消失。

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中,許多機(jī)械裝置的性能在人們還不太清楚的時(shí)候,就已經(jīng)廣泛使用了。但是人們?cè)诓煌耆斫馑奈锢硪?guī)律和沒有完整的理論分析以前,這些裝置很難達(dá)到它的最佳性能。

螺旋槳也不例外,直到1860年,雖然它在海船上已經(jīng)成為一枝獨(dú)秀,但是它的成就全都是依靠多年積累的經(jīng)驗(yàn)。

螺旋槳的進(jìn)步,只依靠專家們的直觀推理,已經(jīng)不能滿足船舶技術(shù)的發(fā)展需要,它有待科學(xué)家對(duì)其流體動(dòng)力特性做出完整的解釋,這就促使螺旋槳理論的發(fā)展。

由于我國自19世紀(jì)中葉淪為半殖民地,很少有貢獻(xiàn)。解放后,我國造船事業(yè)得到新發(fā)展,對(duì)螺旋槳技術(shù)也進(jìn)行了大量設(shè)計(jì)、研究工作,為各類艦船配上了大量自己設(shè)計(jì)制造的螺旋槳。

最值得驕做的是“關(guān)刀槳”的問世,它是我國在螺旋槳技術(shù)發(fā)展中的一大創(chuàng)造。那是在60年代,廣州文沖船廠有一位師傅,名叫周挺,他根據(jù)自己幾十年制做螺旋槳的經(jīng)驗(yàn),把螺旋槳的槳葉輪廓做成三國演義中關(guān)公的82斤重大刀的式樣,他形象地叫它“關(guān)刀槳”。

“關(guān)刀槳”曾在一些船上試驗(yàn)航行,提高了船的航速,更奇的是螺旋的振動(dòng)卻大大地減弱了。在當(dāng)時(shí)的長(zhǎng)江2000馬力拖輪和華字登陸艇上使用,都取得了良好的效果,這一成就,吸引了許多造船界人士。1973年,在上海首先做了“關(guān)刀槳”敞水試驗(yàn)研究,同時(shí)還提供了設(shè)計(jì)圖譜。

有趣的是,在世界著名造船國家今天開發(fā)的“大側(cè)斜”螺旋槳,如最新艦用大側(cè)斜螺旋槳,直徑6.3米,軸功率35660千瓦,艦航速達(dá)32.8節(jié)。

所示是最新在客渡船上采用的大側(cè)斜螺旋槳,該槳直徑5.1米,軸功率15640干瓦,船航速為23.2節(jié)。

所示是最新化學(xué)品船上采用的大側(cè)斜螺旋槳,該槳直徑6.2米,軸功率10400千瓦,船航速16.7節(jié)。它們和“關(guān)刀槳”非常相似,其重要特征是振動(dòng),噪聲小,這也是“關(guān)刀槳”所具有的特點(diǎn)。

常州中海船舶螺旋槳公司造出我國民企最大船用螺旋槳,可以提供最好的“關(guān)刀槳”。

靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置,簡(jiǎn)稱螺旋槳。它由多個(gè)槳葉和中央的槳轂組成,槳葉好像一扭轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼安裝在槳轂上,發(fā)動(dòng)機(jī)軸與槳轂相連接并帶動(dòng)它旋轉(zhuǎn)。

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以前,所有帶動(dòng)力的航空器無不以螺旋槳作為產(chǎn)生推動(dòng)力的裝置。螺旋槳仍用于裝活塞式和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的亞音速飛機(jī)。直升機(jī)旋翼和尾槳也是一種螺旋槳。

螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí),槳葉不斷把大量空氣(推進(jìn)介質(zhì))向后推去,在槳葉上產(chǎn)生一向前的力,即推進(jìn)力。一般情況下,螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進(jìn)速度。

如截取一小段槳葉來看,恰像一小段機(jī)翼,其相對(duì)氣流速度由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成。槳葉上的氣動(dòng)力在前進(jìn)方向的分力構(gòu)成拉力。

在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的分量形成阻止螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩,由發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當(dāng)于翼弦)與旋轉(zhuǎn)平面夾角稱槳葉安裝角。

螺旋槳旋轉(zhuǎn)一圈,以槳葉安裝角為導(dǎo)引向前推進(jìn)的距離稱為槳距。

實(shí)際上槳葉上每一剖面的前進(jìn)速度都是相同的,但圓周速度則與該剖面距轉(zhuǎn)軸的距離(半徑)成正比,所以各剖面相對(duì)氣流與旋轉(zhuǎn)平面的夾角隨著離轉(zhuǎn)軸的距離增大而逐步減小,為了使槳葉每個(gè)剖面與相對(duì)氣流都保持在有利的迎角范圍內(nèi),各剖面的安裝角也隨著與轉(zhuǎn)軸的距離增大而減小。

這就是每個(gè)槳葉都有扭轉(zhuǎn)的原因。

螺旋槳效率以螺旋槳的輸出功率與輸入功率之比表示。輸出功率為螺旋槳的拉力與飛行速度的乘積。輸入功率為發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)的功率。

在飛機(jī)起飛滑跑前,由于前進(jìn)速度為零,所以螺旋槳效率也是零,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率全部用于增加空氣的動(dòng)能。

隨著前進(jìn)速度的增加,螺旋槳效率不斷增大,速度在200~700公里/時(shí)范圍內(nèi)效率較高,飛行速度再增大,由于壓縮效應(yīng)槳尖出現(xiàn)波阻,效率急劇下降。螺旋槳在飛行中的最高效率可達(dá)85%~90%。螺旋槳的直徑比噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大得多,作為推進(jìn)介質(zhì)的空氣流量較大,在發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同時(shí),螺旋槳后面的空氣速度低,產(chǎn)生的推力較大,這對(duì)起飛(需要大推力)非常有利。

螺旋槳有2、3或4個(gè)槳葉,一般槳葉數(shù)目越多吸收功率越大。

有時(shí)在大功率渦輪螺旋槳飛機(jī)上還采用一種套軸式螺旋槳,它實(shí)際上是兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳,可以抵消反作用扭矩。在發(fā)動(dòng)機(jī)功率低于100千瓦的輕型飛機(jī)上,常用雙葉木制螺旋槳

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