第二章螺旋桨的几何形体及制造工艺船舶阻力与推进

第二章螺旋桨的几何形体及制造工艺船舶阻力与推进内容摘要：

变螺距，则不同半径的π2P值并非常数，故对各半径需用其相应的π2P值来确定点 F 的位置。 2．侧投影图的绘制 在绘制侧投影图时，如图 213(b)或图 217(c)所示，应注意在侧投影方向见到的是 S 点和 H 点，且 S 点在 A 点之前的距离为 α， H 点在 A 点之后的距离为 β。 由此便可按如下步骤作图： （ 1） 在侧投影图上 (图 217 (a))先画出参考线 OU，然后由正投影图上 A1 点引水平线与侧投影图上的参考线 OU 交于 A′点，则 A′点即为 A1点的侧投影位置。 ( c )( b )( a )P 2 πLS39。 αS 1b39。 baUTUTo oL39。 H39。 βA39。 H 1J 1A 1H39。 βaαHBb39。 S JJ39。 bθθ CN39。 NAF o11T U图 217 245 （ 2） 在侧投影图上从 A′ 点向前水平量取 αA39。 L ，向后 水平 量取 βA39。 L39。  ， 其中 α和 β的数值可直接从伸张面 (图 217(c))上量得。 然后，在正投影图上取圆弧 A1S1=b′(b′ 的大小可在图 217(c)上量得 )，则 S1 即为 S 点在正投影图上的位置。 从正投影图上 S1 点引水平线与 A′L线上从 L 点向下所作的垂线相交于 S′ 点，则 S′ 点即为 S 点在侧投影轮廓上的一点。 用同样方法，从正视图上 H1 点引水 平线与 A′L′ 线的垂线相交于 H′ 点，则 H′ 点即为 H 点在侧投影轮廓上随边处的一点。 （ 3） 用上述方法作出其他各半径处侧投影轮廓上的相应之点，并以光顺曲线连接各点，即可得到桨叶的侧投影轮廓。 上面我们所叙述的侧投影轮廓绘制方法是指螺旋桨在静止时的情况，但在检查螺旋桨与船身或尾框架之间的最小距离时，则应以螺旋桨旋转时桨叶边缘各点在最外面的位置为依据，所以在侧投影图上有时还要画出桨叶的限界轮廓线。 参阅图 217(a)，当螺旋桨旋转时，在侧投影图上的 S′ 点表现为沿 LS′ 直线上下运动，能达到的最高点为 L，而在 A 点前后的距离不变，故螺旋桨在旋转时桨叶边缘上 S′ 点在最外面的位置为 L 点。 把不同半径处相当于 L 的各点连成曲线，即得桨叶的限界轮廓线如图 217(a)中的虚线所示。 3. 桨叶顶点及包毂线的绘制 桨叶顶点 (即叶梢顶点 )在正投影图和侧投影图上的位置同样可用上述方法求得。 参阅图218，在伸张轮廓上由叶梢顶点 T 引水平线与参考线 OU 交于 U 点，同时取π2POF， P 为叶梢处的螺距。 连接 FU，并过 U 点作直线 NN′⊥ FU，从 T 点作直线 TD⊥ NN′。 然后以 O 为 圆心， OU 为半径作圆弧 ，在此圆弧上截取 U T1并使其弧长等于 aDU ，则 T1点即为叶梢顶 点在投射轮廓 (正视图 )上的位置。 由图 218 可知， T1 点的位置低于 T 点。 叶梢在侧投影 轮廓图上位置的作法是：在侧投影轮廓图上 (图 218 (a))，作参考线 OU′，( b )( a )投射轮廓伸张轮廓r39。 r39。 U 39。 L39。 ββ DTaP 2 πT 1T 39。 I K 39。 G 39。 NN 39。 UKGO OFI 39。 H 39。 图 218 246 U′点与正投影图上的 U 点位于同一水平线上；从 U′点向后取 U′L′＝ TD＝ β，然后从正投影图上 T1 点作水平线，与 U′L′线的垂线相交于 T′点，此即叶梢顶点在侧投影轮廓上的位置。 从图中可以看出，侧投影轮廓线的顶点并 不通过 U′点。 所谓包毂线，是指桨叶叶面和桨毂的相交线。 通常桨毂为一圆锥体，故包毂线在实质上即为螺旋面和圆锥体表面的相交线。 由于桨叶强度的需要，在叶根尚有填角料，因而在实用上没有必要精确地求出螺旋面和圆锥体表面的相交线，一般可采用近似方法绘制。 参阅图218，在侧投影图上把桨叶轮廓线按其曲线趋势延长与桨毂相交于 H′点，在正投影图上以 O为圆心，以 H′点处的毂半径 r′为半径画圆，然后把投射轮廓按其曲线趋势延长与此圆相交于I 点，以 I 点引水平线与侧投影轮廓的延长线相交于 I′点，则 I 及 I′点可近似地认为是包毂线在正投 影图和侧投影图上的起点。 用同样的方法可作出包毂线的另一端点 G 和 G′。 同时参考线与桨毂的交点 K 和 K′也是包毂线上的一点。 将 I、 K、 G 及 I′、 K′、 G′分别连成曲线，此两根曲线即近似地表示包毂线在正投影图和侧投影图上的形状。 在绘制桨毂外形和包毂线时应将看得见的部分画成实线，看不见的部分画成虚线。 4. 桨叶展开轮廓的绘制 螺旋面为一双向曲面，不能展放于平面上，下述之近似方法应用最广，对于普通螺旋桨在实用上已够准确。 为简便起见，先以等螺距、弓形切面、无侧斜的桨叶为例。 设已知桨叶的投射轮廓 B1TC1如图 219 所示。 以半径 r＝ OA 之共轴圆柱面与叶面相交成螺旋线，其在正投影图上为圆弧B1AC1。 参阅图 220(a)，此螺旋线的实际形状为 B0AC0，过 OA 作投射面 LEKA，则此螺旋线在投射面上的投影为圆弧 B1ACl。 为 求得螺旋线 B0AC0 在展开图上的形状，可用近似方法两次。 （ b ）（ a ）θB 1B 2 C 2C 1θB 0FLX YKOEC 0YXB 1B 2MAAL KOC 2C 1投射轮廓展开轮廓C 2TMAOFB 1B 2C 1P /2 π图 219 图 220 247 第一次近似 —— 以椭圆弧之一部分代替螺旋线，在 A 点处作包含 OA 的平面且在 A 点处与螺旋线 B0AC0 相切。 此平面与圆柱面相交成一椭圆 XEYA，并与投射面 LEKA 间之夹角为螺距角 θ。 螺旋线段 B0AC0 在椭圆上的投影为椭圆弧 B2AC2。 通常桨叶具有一 定的宽度，其螺旋线段 B0AC0 较短，与椭圆弧 B2AC2 十分接近，因而可用此椭圆弧来代替螺旋线段。 将此椭圆绕AOE 轴旋转 θ角后便与投射面 LEKA 重合，而 B1 和 B2， C1 和 C2 点则在同一水平线上 (即至 LOK线的距离相等 ) 如图 220 (b) 所示。 由图 220 (a) 可知，此椭圆的长半径为 OX＝ r secθ，短半径为 OA=r。 既知椭圆的长半径和短半径，即可画出椭圆，但在实用上比较麻烦，故尚须进行第二次近似。 第二次近似 —— 以圆弧代替椭圆弧： 此圆弧的半径等于椭圆在正点的曲率半径。 由高等数学中可知，椭圆在 A 点 处之曲率半径为   θrr θr 22 secsec ，我们即以半在为 rsec2θ 的圆弧来代替椭圆弧。 参阅图 219 以半径 r =OA 处的切面为例，说明根据投射轮廓绘制展开轮廓的具体步骤： （ 1） 在正投影图上取π2POF，连 AF，则 θrAF sec （ 2） 过 F 点，作 FM⊥ AF 且与 OA 的延长线相交于 M 点，则 θrθAFMA 2se cse c  ， 故 MA 为椭圆在 A 点之曲率半径。 （ 3） 以 M 为圆心， MA 为半径作圆弧 B2AC2， 自 B1 及 C1 分别引平行于 OF 的直线 B1B2及C1C2 并与 B2AC2画弧相交于 B2及 C2两点，则 B2及 C2即为展开轮廓上的两点。 用同样的方法可决定其他半径处相应之点，然后以光顺的曲线连接各点即得展开轮廓。 展开轮廓也可从伸张轮廓作出，在利用两次近似求得圆弧 B2AC2 以后，直接在圆弧上量取 B2A＝ BA 及 AC2 = AC，这里的 BA 及 AC 是直接由图 217(a)中伸张轮廓上相同半径切面的伸张弦长 BA 和 AC 量得。 同理 B2及 C2为展开轮廓上的两点。 在实用上有时由设计者决定展开轮廓的形状，据以求得投射轮廓 (例如高恩系列螺旋桨 )，其绘制程序与上述者相反。 5．桨毂形状及尺度 毂和毂帽的形状必须使水流顺滑地流过，避免产生旋涡。 其尺度及形状可根据船舶实际情况和造船实践经验确定。 下面提供的数据可作为设计时参考。 图 221 表示毂部有关尺寸的符号，其相应的参考数据如下： dt —— 螺旋桨轴的轴径。 此数据一般由轮机部门提供，若无此数据时，可利用图 222 来确定。 图中 PD是最大连续功率时的收到马力； N 是最大连续功率时的螺旋桨每分钟转数。 dh —— 螺旋桨的毂径。 一般可根据螺旋桨的轴径 dt来确定。 对于组合式螺旋桨：   th ~ d d  对于整体式螺旋桨：   th ~ d d  d1， d2 —— 毂前后两 端的直径 ： d2/dh =( ~ )； d1/dh =( ~ ) l1 —— 减轻孔的长度，一般最大值约为 (l0 —— 毂长 )。 248 δ —— 毂部筒圆厚度，最小值约为 ， 为桨叶 处切面的厚度。 r1， r2 —— 叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径： r1 = ； r2 =。 l0 —— 桨毂长度。 对于单桨船可用下式作为参考数值： 组合式螺旋桨： l0 = t 或 l0 = d h 整体式螺旋桨： l0 = t 或 l0 = d h + 100 mm 或 3223(% )0   DDl (其中 D 以米计 )。 在应用上述数据的同时，尚需考虑保证桨毂长度大于桨叶根部在侧投影上的长度。 (dtds)/l0 —— 轴孔之锥度， — 般为161~101。 至此总图绘制基本完毕。 在总 图上除绘制出桨叶的伸张轮廓、投射轮廓和侧投影轮廓外，最后应注明桨叶和桨毂的主要尺度，各种比值及必要的说明。 167。 23 螺旋桨制造工艺 目前船用螺旋桨所用材料主要是金属材料，也有些用非金属材料。 用金属材料制造螺旋桨的工艺过程如下： 铸模造型 浇铸金属 毛坯加工 成品检查 安装使用。 下面分别叙述螺旋桨材料和工艺过程的主要环节。 一、螺旋桨材料 制造螺旋桨的金属材料主要有铜合金、铸铁和铸钢等。 近年来国内外开始采用玻璃钢、尼龙等非金属材料制造螺旋桨。 在我国的内河小船上也有采 用钢板焊接螺旋桨。 1/3( P D / N )δdhd2d3d1r 1r 2t l 1dtl 0600500400300200螺旋桨桨轴的。