第二章 螺旋桨几何形体与制造工艺
螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器，因而也就成为“船舶推进”课程研究的主要对象。要研究螺旋桨的水动力特性，首先必须对螺旋桨的几何特性有所认识和了解。
§ 2-1 螺旋桨的外形和名称
一、螺旋桨各部分名称
螺旋桨俗称车叶，其常见外观如图2-1所示。
图2-1
螺旋桨通常装于船的尾部(但也有一些特殊船在首尾部都装有螺旋桨，如港口工作船及渡轮等)，在船尾部中线处只装一只螺旋桨的船称为单螺旋桨船，左右各一者称为双螺旋桨船，也有三桨、四桨乃至五桨者。
螺旋桨通常由桨叶和桨毂构成(图2-2)。螺旋桨与尾轴联接部分称为桨毂，桨毂是一个截头的锥形体。为了减小水阻力，在桨毂后端加一整流罩，与桨毂形成一光顺流线形体，称为毂帽。
桨叶固定在桨毂上。普通螺旋桨常为三叶或四叶，二叶螺旋桨仅用于机帆船或小艇上，近来有些船舶(如大吨位大功率的油船)，为避免振动而采用五叶或五叶以上的螺旋桨。
由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面
图2-2 称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂联接处称为叶根，
桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前
面者称为导边，另一边称为随边。
螺旋桨旋转时(设无前后运动)叶梢的圆形轨迹称为梢圆。梢圆的直径称为螺旋桨直径，以D表示。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积，以A0表示：
εxεx转向叶面叶背叶面参考线桨叶梢圆随边导边侧投影轮廓叶根DK径桨直螺旋dZOZOy桨毂毂帽叶根叶梢（端）(a)(b)DπD2A0 = (2-1)
4当螺旋桨正车旋转时，由船后向前看去所见到的旋转方向为顺时针者称为右旋桨。反之，则为左旋桨。装于船尾两侧之螺旋桨，在正车旋转时其上部向船的中线方向转动者称为内旋桨。反之，则为外旋桨。
二、螺旋面及螺旋线
桨叶的叶面通常是螺旋面的一部分。为了清楚地了解螺旋桨的几何特征，有必要讨论一下螺旋面的形成及其特点。
设线段ab与轴线oo1成固定角度，并使ab以等角速度绕轴oo1旋转的同时以等线速度沿oo1向上移动，则ab线在空间所描绘的曲面即为等螺距螺旋面，如图2-3所示。线段ab称为母线，母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距，以P表示。
根据母线的形状及与轴线间夹角的变化可以得到不同形式的螺旋面。若母线为一直线且垂直于轴线，则所形成的螺旋面为正螺旋面如图2-4(a)所示。若母线为一直线但不垂直于轴线，则形成斜螺旋面，如图2-4(b)所示。当母线为曲线时，则形成扭曲的螺旋面如图2-4(c)及图2-4(d)所示。
母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺旋线。任一共轴之圆柱面与螺旋面相交的交线也为螺旋线，图2-5(a)表示半径为R的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线BB1B2。如将此圆柱面展成平面，则此圆柱面即成一底长为2πR高为P的矩形，而螺旋
图 2-3 图2-4 线变为斜线(矩形的对角线)，此斜线称为节线。三角形B' B\\称为螺距三角形，节线与底线间之夹角θ称为螺距角，如图2-5(b)所示。由图可知，螺距角可由下式来确定：
do(a)(b)abco(c)(d)２
tgθ =
B2A2B2B2\P (2-2) 2πRA1B1PB1PBAR(a)θ三、螺旋桨的几何特性
B\2πR(b)B'1. 螺旋桨的面螺距
螺旋桨桨叶的叶面是螺旋面的一部分(图
2-6(a))，故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一段，如图2-6(b)中的B0C0段。若将螺旋线段B0C0引长环绕轴线一周，则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距P。若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则P即称为螺旋桨的面螺距。面螺距P与直径 D之比P/D称为螺距比。将圆柱面展成平面后即得螺距三角形如图2-6(c)所示。
设上述圆柱面的半径为r，则展开后螺距三角形的底边长为2πr，节线与底线之间的夹角θ为半径r处的螺距角，并可据下式来确定：
RCP/4CCPBBBOr2πr(a)(b)(c)图2-6
P (2-3) 2πr 螺旋桨某半径r处螺距角θ的大小，表示桨叶叶面在该处的倾斜程度。不同半径处的螺距角是不等的，r愈小则螺距角θ愈大。图2-7(a)表示三个不同半径的共轴圆柱面与等螺距螺旋桨桨叶相交的情形，其展开后的螺距三角形如图2-7(b)所示。显然，r1＜r2＜r3而θ1＞θ2＞θ3。
若螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等，则称为变螺距螺旋桨，其不同半径处螺旋线的展开如图2-8所示。对此类螺旋桨常取半径为0.7R或0.75R(R为螺旋桨梢半径)处的面螺距代
(b)(a)表螺旋桨的螺距，为注明其计量方法，在简写时可记
图2-7
作P0.7R或P0.75R。
图2-8
tg θ =
PPr3r2r1θ3θ2θ12πr32πr22πr12πr32πr22πr12. 桨叶切面
与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截所得的截面称为桨叶的切面，简称叶切面或叶剖面，如图2-6(b)所示。将圆柱面展为平面后则得如图2-6(c)所示的叶切面形状，其形状与机翼切面相仿。所以表征机翼切面几何特性的方法，可以用于桨叶切面。
桨叶切面的形状通常为圆背式切面(弓形切面)或机翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面，如图2-9所示。一般说来，机翼形切面的叶型效率较高，但空泡性能较差，弓形切面则相反。普通之弓形切面展开后叶面为一直线，叶背为一曲线，中部最厚两端颇尖。机翼形切面在展开后无一定形状，叶面大致为一直线或曲线，叶背为曲线，导边钝而随边较尖，其最大厚度则近于导边，约在离导边25%～40%弦长处。
切面的弦长一般有内弦和外弦之分。连接切面导边与随边的直线AB称内弦(图2-10)， 图中所示线段BC称为外弦。对于系列图谱螺旋桨来说，通常称外弦为弦线，而对于理论设 图2-9
ttbb弓形切面梭形切面ttbb机翼形切面月牙形切面P1P2P3
螺旋桨的几何形体及制造工艺
