船后螺旋桨受到船体的影响其实是不均匀的,即螺旋桨盘面不同位置的伴流速度应该是不相同的。为了能够利用螺旋桨敞水性能来计算船后螺旋桨的推力、转矩等水动力性能,在12.1.2节中引入了桨盘面平均伴流速度和伴流分数,并用式(12-3)和式(12-5)计算船后螺旋桨的进速。这种方法显然忽略了伴流的不均匀性,很可能出现这样的问题:几何形状一定的螺旋桨,当它在敞水条件下以进速vA、转速n工作时,螺旋桨的推力为T0,转矩为Q0;当这个螺旋桨在以航速vs航行的舰艇艉部工作时,转速也为n,并且螺旋桨的进速按桨盘面平均伴流速度来计算为vs(1-w),其在数值上也等于vA,但此时船后螺旋桨的推力TB不等于敞水条件下的推力T0,船后螺旋桨的转矩QB不等于敞水条件下的转矩Q0。这就是伴流的不均匀性导致的。
为了考虑伴流不均匀性对船后螺旋桨水动力的影响,引入两个影响系数:
(1)i1=TB/T0,为伴流不均匀性对推力的影响系数;
(2)i2=QB/Q0,为伴流不均匀性对扭矩的影响系数。
那么,当船后螺旋桨进速vA采用平均伴流速度的方法,即采用vA=vs-u=vs(1-w)计算得到后,根据船后螺旋桨的转速和进速系数的表达式计算进速系数。
然后查该螺旋桨的敞水性能曲线,得到这个进速系数下的螺旋桨敞水推力系数KT和转矩系数KQ,计算敞水螺旋桨在该进速系数下的敞水推力T0和敞水转矩Q0。
考虑船后螺旋桨盘面处伴流不均匀性对推力的影响,得到船后螺旋桨的推力:
考虑船后螺旋桨盘面处伴流不均匀性对转矩的影响,得到船后螺旋桨的转矩:
螺旋桨的敞水效率表达式为(www.xing528.com)
定义螺旋桨的船后效率:
可以计算得到螺旋桨敞水效率与船后效率的关系式:
即
不同的舰艇、不同的螺旋桨,或者一艘舰艇以不同的航速航行时,伴流分数w和影响系数都是不同的,需要设计专门的试验去测量。
由于在测量伴流分数w的过程中,常常采用敞水螺旋桨推力系数与船后螺旋桨推力系数相等的条件,所以往往有
此时,螺旋桨敞水效率与船后效率的关系为
式中 ηR——相对旋转效率,ηR=。
可见,船体对螺旋桨的影响是伴流造成的。伴流对船后螺旋桨进速的影响,可以用平均伴流速度u或伴流分数w来处理;此外,伴流还具有不均匀性,可以通过相对旋转效率ηR来处理。
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