延缓螺旋桨空泡发生的措施：舰艇静力学与快速性解决方案

一般民用船舶的航速较低，在螺旋桨上不可能产生叶切面全为空泡所覆盖的片状空泡，如果桨叶上发生空泡，则常属第一阶段空泡。虽然此类空泡不致影响螺旋桨的水动力性能，但会对桨叶表面产生剥蚀，影响螺旋桨的强度。因此，对于此类船舶应力求避免空泡的发生。

根据叶切面的减压系数ξ和来流空泡数σ之间的关系，可以判断是否发生空泡，即ξ≥σ时会发生空泡。ξ与σ是由两组互不相关的参数所决定的，因此，为了避免或减缓空泡的发生，我们应尽量设法减小减压系数ξ或增大空泡数σ。一般常采取下列措施以避免或减轻螺旋桨的空泡。

1.从降低最大减压系数ξmax着手

（1）增加螺旋桨的盘面比，以减低单位面积上的平均推力，使叶背上ξ值下降。因为盘面比的增加相当于叶切面弦长加大，故可用较小的入流角来生成同样的升力（即ξ值分布曲线所围的面积不变），这样ξmax值必然降低，如图13-14所示。

图13-14　叶切面不同弦长下的减压系数分布

图13-15所示为不同盘面比的螺旋桨。

图13-15　不同盘面比的螺旋桨

（2）采用弓形叶切面或压力分布较均匀的其他叶切面形式。一般说来，弓形叶切面的压力分布比较均匀，ξmax值相应较小，对延缓空泡的发生有利。这就是某些系列螺旋桨（如B系列及AU系列螺旋桨）在近梢部处采用弓形叶切面的原因。此外，随着机翼理论的发展，一些性能优良且压力分布均匀的机翼形叶切面（如拱度为0.8的NACA66、NACA16螺旋桨叶切面）可供螺旋桨采用。

（3）减小叶根附近叶切面的螺距。单螺旋桨船在叶根部分的伴流较大，易产生空泡现象，故可将根部叶切面的螺距适当减小，从而使该处的最大减压系数ξmax值降低，并宜保持相当的叶宽以免叶片的相对厚度过大。

2.从提高螺旋桨的空泡数σ着手(www.xing528.com)

（1）在条件许可的情况下，尽量增加螺旋桨的浸没深度，即增加螺旋桨处的静压力，以增大空泡数σ。

（2）减小螺旋桨转速，即尽可能选用低转速的主机。

3.其他措施

单螺旋桨船在叶根部分易产生空泡现象，有时会在叶根钻防剥蚀孔（见图1316）或在导边充气，使局部压力远大于饱和蒸汽压。

此外，以下措施对避免空泡都是有利的：提高桨叶的加工精度，使其表面光滑平整，避免水流的局部突变；改善船艉部分的形状与正确安置桨轴，减小斜流及伴流不均匀性的影响；针对螺旋桨特定工况下的空泡性能进行梢部卸载，抑制空泡初生，如Kappel螺旋桨；采用自适应变形的复合材料螺旋桨，顺应多种工况下的来流，延缓空泡初生。

图13-16　叶根防剥蚀孔

这里顺便指出，随着现代工业的发展以及国防建设的发展，人们对舰艇的要求也越来越高，有时要求舰艇的速度能迅速提高，尤其是高速军舰，因此螺旋桨空泡往往在所难免，针对这种情况一般可做如下处理：

（1）允许桨叶上有部分空泡存在，在使用过程中根据其剥蚀情况予以调换。

（2）速度再高时，干脆设法促使其在第二阶段空泡状态下运转。这就涉及所谓全空泡（或称超空泡）螺旋桨的设计问题。有关全空泡螺旋桨的研究已有不少进展，有兴趣者可查阅有关资料。