螺旋桨的伴流系数和推力减额

伴流系数 w船舶航行时，摩擦力会使船体周围产生摩擦带或边界水层。在摩擦带中，船体表面水流速等于船舶航速，而距...



伴流系数 w

船舶航行时，摩擦力会使船体周围产生摩擦带或边界水层。在摩擦带中，船体表面水流速等于船舶航速，而距船体表面越远，水流速越低。按照定义，在距船体一定距离处，即在摩擦带外“表面”位置，水流速为零。

距离船体前部越远，摩擦带厚度越大。因此在船体尾部摩擦带厚度最大，该厚度几乎正比于船长，这意味着船体两侧摩擦力将会产生一定的伴流速度。另外，船舶排水时也会在船首与船尾产生伴流波浪。所有这一切都会使船体后侧的螺旋桨在伴流场中工作。



因此，主要由于摩擦伴流的存在，而使螺旋桨位置的水流产生了有效伴流速度Vw，其方向与船速 V 相同，这意味着螺旋桨位置的水流流速VA（等于螺旋桨进速，以螺旋桨盘面平均流速来表示）Vw 低于船速 V。因此，螺旋桨有效伴流速度等于 Vw =V – VA，可用伴流系数 w 表示为无量纲量。常用的泰勒伴流系数定义如下：


伴流系数值主要取决于船体的形状，也取决于螺旋桨的位置与大小，并对螺旋桨的效率有重要影响。

螺旋桨直径或是更合理的螺旋桨直径d 与船长LWL 的比值，对伴流系数有一定影响，因为 d/LWL 大体表示了螺旋桨所在船体伴流场的强弱程度。因此，d/LWL 比值越大，伴流系数 w 越小。污底之后，伴流系数 w 将增加。

对于单桨船舶，伴流系数 w 通常介于0.20-0.45，相应螺旋桨位置的水流流速 VA 为船速 V 的 0.80-0.55 倍。方形系数越大，伴流系数越大。对于双桨船舶以及传统的船体尾部线型，螺旋桨通常位于摩擦带外部，因为能显著降低伴流系数w。但是，与单桨船相比，双桨双艉船伴流系数 w 几乎不变（或稍有降低）。

顺便提及，伴流系数越大，螺旋桨发生空蚀的风险越大，因为该工况下螺旋桨周围水流速的分布通常十分不均匀。有时需要为螺旋桨提供一个比较均匀的尾流场，也是同时提高螺旋桨进速VA，可以采用多种方式来实现，比如使螺旋桨位于防护罩下方的导流管内。很显然，最佳方法是在设计阶段确保船体尾部的形状能够获得最佳的尾流场。

推力减额系数 t

螺旋桨的旋转会导致前方水流被“吸回”螺旋桨。从而对船体产生附加阻力，通常称为“阻力增额”，或是与螺旋桨所需总推力T 关联起来，称为“推力减额分数”F，如图6 所示。这意味着螺旋桨推力 T 需要同时克服船舶阻力RT 与“推力损失”F。推力减额分数 F 可用推力减额系数 t 表示为无量纲量，定义为：



推力减额系数 t 可在不同的船模研究的基础上，利用计算模型算出。

一般情况下，推力减额系数 t 的大小随着伴流系数w 的增加而增加。船体的形状影响巨大，比如球鼻船首在某些情况下（低船速时）会使推力减额系数 t降低。单桨船舶的推力减额系数 t 通常介于

0.12-0.30，因为方形系数较大的船舶拥有较大的推力减额系数。对于双桨船舶与传统的船体尾部线型，因为螺旋桨“吸水”位置远离船体，推力减额系数t 很小。但是，与单桨船相比，双桨双艉船推力减额系数 t几乎不变（或稍有降低）。长按二维码识别关注获取更多船舶知识

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