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第137章 空氣槳

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”號艦上,第一次以螺旋槳代替明輪,隨后由斯密士設計了20艘螺旋槳艦,參加了對俄戰爭,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,它是由艦長愛列松設計,在愛列松的積極推廣下,美國相續建造了41艘民用螺旋槳船,最大的排水量達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還有很多問題,如在木殼船上可怕的振動,在水線下的螺旋槳軸軸承磨損,槳軸密封,推力軸承等。

隨著技術的進步,螺旋槳的上述缺陷,一個一個地克服,以及蒸汽機轉速的提高,愈來愈多螺旋槳在船上取代明輪。到1858年,“大東方”號裝有當時世界上最大的螺旋槳,它的直徑有7.3米,重量達36噸,轉速每分種50轉,當時,推進器標準不再具有權威性,由于螺旋槳的推進效率接近明輪,而且它卻具有許多明輪無法競爭的優點,明輪逐步在海船上消失。

在科學技術發展過程中,許多機械裝置的性能在人們還不太清楚的時候,就已經廣泛使用了。但是人們在不完全理解它的物理規律和沒有完整的理論分析以前,這些裝置很難達到它的最佳性能。

螺旋槳也不例外,直到1860年,雖然它在海船上已經成為一枝獨秀,但是它的成就全都是依靠多年積累的經驗。

螺旋槳的進步,只依靠專家們的直觀推理,已經不能滿足船舶技術的發展需要,它有待科學家對其流體動力特性做出完整的解釋,這就促使螺旋槳理論的發展。

由于我國自19世紀中葉淪為半殖民地,很少有貢獻。解放后,我國造船事業得到新發展,對螺旋槳技術也進行了大量設計、研究工作,為各類艦船配上了大量自己設計制造的螺旋槳。

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

“關刀槳”曾在一些船上試驗航行,提高了船的航速,更奇的是螺旋的振動卻大大地減弱了。在當時的長江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“關刀槳”敞水試驗研究,同時還提供了設計圖譜。

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

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

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

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“關刀槳”。

靠槳葉在空氣中旋轉將發動機轉動功率轉化為推進力或升力的裝置,簡稱螺旋槳。它由多個槳葉和中央的槳轂組成,槳葉好像一扭轉的細長機翼安裝在槳轂上,發動機軸與槳轂相連接并帶動它旋轉。

噴氣發動機出現以前,所有帶動力的航空器無不以螺旋槳作為產生推動力的裝置。螺旋槳仍用于裝活塞式和渦輪螺旋槳發動機的亞音速飛機。直升機旋翼和尾槳也是一種螺旋槳。

螺旋槳旋轉時,槳葉不斷把大量空氣(推進介質)向后推去,在槳葉上產生一向前的力,即推進力。一般情況下,螺旋槳除旋轉外還有前進速度。

如截取一小段槳葉來看,恰像一小段機翼,其相對氣流速度由前進速度和旋轉速度合成。槳葉上的氣動力在前進方向的分力構成拉力。

在旋轉面內的分量形成阻止螺旋槳旋轉的力矩,由發動機的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當于翼弦)與旋轉平面夾角稱槳葉安裝角。

螺旋槳旋轉一圈,以槳葉安裝角為導引向前推進的距離稱為槳距。

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

這就是每個槳葉都有扭轉的原因。

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。輸入功率為發動機帶動螺旋槳旋轉的功率。

在飛機起飛滑跑前,由于前進速度為零,所以螺旋槳效率也是零,發動機的功率全部用于增加空氣的動能。

隨著前進速度的增加,螺旋槳效率不斷增大,速度在200~700公里/時范圍內效率較高,飛行速度再增大,由于壓縮效應槳尖出現波阻,效率急劇下降。螺旋槳在飛行中的最高效率可達85%~90%。螺旋槳的直徑比噴氣發動機的大得多,作為推進介質的空氣流量較大,在發動機功率相同時,螺旋槳后面的空氣速度低,產生的推力較大,這對起飛(需要大推力)非常有利。

螺旋槳有2、3或4個槳葉,一般槳葉數目越多吸收功率越大。

有時在大功率渦輪螺旋槳飛機上還采用一種套軸式螺旋槳,它實際上是兩個反向旋轉的螺旋槳,可以抵消反作用扭矩。在發動機功率低于100千瓦的輕型飛機上,常用雙葉木制螺旋槳

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