螺旋桨空泡产生原因及影响

螺旋桨一般安装于船艉，在水线以下的位置（见图13-2），因此会承受一定的静水压力，而其旋转后，只有叶面的压力高而叶背的压力低才会产生推动舰艇向前的压力差，所以，叶背处最容易产生空化。

图132　螺旋桨浸深

螺旋桨所处位置的静压力p0可表示为

式中　pa——大气压力，其数值为101325 Pa；

ρ——水的密度，kg/m3；

hs——螺旋桨叶切面的浸深，常以桨轴中心离自由水面的高度来计算。

螺旋桨的进速为vA，螺旋桨旋转时形成速度三角形，使得各叶切面的入流速度为v0，若忽略诱导速度，则v0可表示为

螺旋桨叶面处的水流速度小于v0，压力大于p0，形成“压力面”；叶背处的水流速度大于v0，压力小于p0，形成“吸力面”。(www.xing528.com)

若叶切面某点的压力为pb，定义无因次减压系数：

可见吸力面的pb小于p0，当pb达到相应温度下水的汽化压力pV时，就会发生空化现象。用pV表示空泡数σ，则有

可见，当ξ≥σ时，螺旋桨会产生空泡。

由上述分析可知，根据叶切面的减压系数ξ和空泡数σ之间的相对关系可以断定是否发生空泡，而ξ与σ是由两组互不相关的参数所决定的。调整这两组参数可以改变ξ与σ的关系，从而使空泡现象提早或延缓出现。对于叶切面，最大减压系数愈大则愈易发生空泡，从这个角度，空泡数σ可看成发生空泡的ξ的上限，因此应追求较小的ξ。而空泡数，σ愈小愈易发生空泡，从这个角度，减压系数ξ可看成不超过σ的变量，即追求较大的σ可以减少或避免空泡现象。

ξ≥σ所表示的发生空泡的极限条件仅对汽化空泡近似正确，而且即使是汽化空泡，也是在空泡数σ略低于ξmax时才出现可见的空泡，因为汽化空泡由气核的尺寸成长到肉眼可见的尺寸需要一定的时间，因而空泡数有初生空泡数σi和消失空泡数σd之分。

通常，在某一工况下，物面水速较大时局部压力降为初生压力p0i，空泡开始发生，此压力所对应的空泡数即为初生空泡数σi。一般初生空泡不太稳定，时生时灭，压力也时大时小。

空泡充分发展后，由于工况的改变局部压力上升，空泡范围会逐渐减小，最后看到个别气泡间断地闪现约每秒几次，将这时的空泡数定义为消失空泡数σd。这个数值比较稳定，重复性也较好，因此可用σd代替σi作为空泡发生的衡准数。通常σd＞σi。