舰艇螺旋桨水动力性能探究

螺旋桨作为舰艇的推进器，它最本质的任务就是要产生可以克服舰艇运动阻力的推力，推动舰艇以要求的航速航行。螺旋桨的水动力性能是桨叶几何特殊性和桨叶运动特点巧妙结合而展现出的桨的推力和转矩随桨运动的变化规律。

19世纪40年代，英国海军部组织了一场两艘舰艇的海上拔河比赛，参加比赛的是以螺旋桨为推进器的“响尾蛇”号炮舰和以明轮为推进器的“阿列托克”号炮舰（见图11-1），两艘炮舰推进方式不同，但排水量和主机功率都相当，比赛结果是以螺旋桨为推进器的“响尾蛇”号炮舰胜出，这场比赛证明了螺旋桨推进器的水动力性能更为优良。后来，螺旋桨推进器迅速取代明轮成为各类船舶最主要的推进装置，直到现在螺旋桨仍然在舰艇推进器领域牢固地居于首要地位。

图11-1　明轮推进炮舰与螺旋桨推进炮舰的海上拔河比赛(www.xing528.com)

螺旋桨推进器在水动力性能方面的优势已经被实践广泛且充分地证明，而其中螺旋桨水动力理论对促进螺旋桨推进器样式的发展、丰富螺旋桨推进器的实际应用、保持螺旋桨在船用推力器领域的生命力起到了强有力的推动作用。螺旋桨水动力理论十分丰富，既包括对螺旋桨推力、转矩产生原因的解释和计算理论，也包括螺旋桨水动力性能的优化和螺旋桨设计理论，还包括螺旋桨非定常力和振动与空泡理论。本章仅介绍螺旋桨推进器水动力计算的基础理论。

螺旋桨的推力如何计算？这是螺旋桨水动力理论最基本的问题，并且在螺旋桨推进器已经开始大范围应用后的很长一段时间内仍然没有得到很好地解答，直到20世纪中叶现代螺旋桨螺旋桨理论建立后，才有了比较准确的解答。本章从螺旋桨水动力基本概念与对螺旋桨水动力的基本认识的角度对螺旋桨的动量理论、叶元体理论和环流理论做基本的说明，具体理论计算过程中涉及的大量数学问题可以参考相关文献。