[科普中国]-进速系数

进速系数计算

如果螺旋桨是在刚性介层中工作，像螺钉在螺母巾运动一样。无疑地，旋转一周在轴线上前进的距离将等于几何螺距P。但螺旋桨是在舟艇后工作的，其前进的距离决定于舟艇速度。螺旋桨旋转一周在轴向前进的距离称为进程，以hp表示。进程hp将小于几何螺距P，其差值(P-hp)为滑脱，如图1所示。滑脱与冲角有一定联系，正是由于有滑脱才会产生推力。滑脱与螺距之比称为滑脱比，以S表示。即：

或

进程hp与螺旋桨直径D之比称为进速系数，因螺旋桨每秒钟前进的距离为nhp=vA，故进速系数可写成：

式中：vA——螺旋桨进速(m/s)；

n——螺旋桨桨转速(r/s)。

由上式可得进速系数J与滑脱比S之间的关系为：

在螺距P一定的情况下，若不考虑诱导速度，则滑脱(或滑脱比S)的大小即标志冲角αk的大小；滑脱比S大(进速系数J小)即表示冲角αk大，则螺旋桨的推力和转矩亦大。因此，滑脱比(或进速系数J)是影响螺旋桨性能的重要参数，对于几何形状一定的螺旋桨来说，其推力系数和转矩系数只与进速系数J(或滑脱比S)有关。2

螺旋桨的特性曲线螺旋桨的水动力性能是指一定几何形体的螺旋桨在水中运动时所产生的推力、消耗的转矩及效率与进速vA和转速n之间的关系。在研究它们之间的关系时，通常不是应用推力和转力矩的绝对数量，而是以无因次系数来表示。这样可使所得到的结果不受几何尺寸的限制，它们的表达式分别为：

推力系数：

转矩系数：

效率：

式中：T——推力（N）；

Q——转矩（N·m）；

ρ——水的密度（kg/m3）；

n——螺旋桨转速（r/s）；

D——螺旋桨直径(m)。

对于几何形状一定的螺旋桨而言，推力系数KT、转力矩系数KQ及效率η0与进速系数J有关。通常把螺旋桨在不同进速系数时的推力系数KT、转矩系数KQ和效率η0绘在同一图上，如图2所示。因KQ的数值太小，常增大10倍(10KQ)与KT共用一纵坐标。表示螺旋桨水动力系数KT、KQ和η0与进速系数J之间关系的曲线称为螺旋桨的淌水性征曲线。通常它是根据敞水螺旋桨模型试验结果绘制的，也可以用理论方法求得。它表示螺旋桨在正车状态时的全面性能。

从图2中可以看出：

(1)推力系数KT和转矩系数KQ随进速系数J的增加而减小，其原因主要因为冲角的改变。因为J大则冲角小，J小则冲角大，在一定的范围内，冲角的增大，会使升力和阻力增加。

(2)当螺旋桨的转速一定时，即当J=0时，KT和KQ均达到最大值。舟艇在系泊试验时，即为此种情况，这是检验螺旋桨在最大推力及转矩作用下能否满足强度要求的办法之一，也可检查系柱推力是否与设计要求相符。由于系柱试验时转矩大，因而主机会超负荷。一般情况下，柴油机在额定转速时，其功率不能超过额定功率的110%，而且超功率时不能多于1 h，如发生这种情况，必须降低转速。

(3)当J为某一数值时，KT=0，即没有产生推力，但此时KQ并不为零，但数值很小。例如，当主机由全速变换为低速运转时，由于舟艇有惯性，仍会保持一定航速前进，即进速系数变化小，而螺旋桨的转速已很低，致使水流的实际冲角为零升力角，螺旋桨不产生推力。

(4)从效率η0曲线可知，当J为某一数值时，效率出现最高位，但对不同螺距比的螺旋桨，效率的最高值大小是不同的。螺距比越大(在一定的范围内)，则最高效率数值也越大。此时所对应的J值也大，即在一定的D、n之下，舟艇速度较快；或在一定航速下，D、n较小。换句话说，负荷轻的螺旋桨，其螺距比稍大一些，所对应的J值也大一些。2

进速系数J的变化对螺旋桨性能的影响进速系数J的变化对螺旋桨性能的影响：当进速系数J=0时，VA=0，即螺旋桨只旋转而不前进，推力和转矩达到最大值；当转速保持不变，随着J的增加，攻角减小，推力与转矩也减小；如J增大到某一值时，螺旋桨不遭受旋转阻力，此时螺旋桨产生负推力。1