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          大型的船用螺旋槳小且只有一個是為什么?

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          大型的船用螺旋槳小且只有一個是為什么?

          發布日期:2019-03-29 作者: 點擊:

          大型的船用螺旋槳小且只有一個是為什么?很多大型的貨船或者游船都只有一個船舶螺旋槳,原因是什么?下面陳氏船舶就為大家講解一下這個問題。

            船用柴油機的曲軸,再其次,遠洋商船運輸節點之間距離非常長,對加減速的要求很低。和飛行器需要有足夠的速度提供升力和足夠的動力爬高不同,船舶是自浮在水面上的,不需要通過動力獲得垂直方向的力。也和地面交通工具不同,地面交通工具發車頻次高,需要頻繁加減速,地面交通工具速度也高,所以對加減速性能要求高。因此,船舶并不需要太大的動力儲備,不大的螺旋槳(相對船身)即可滿足動力要求,商船的經濟航速不高,所以單位噸位動力比地面和空中交通工具小很多

            船舶在水上行駛,低速時水的阻力大約和速度成正比關系。但隨著速度增大,阻力會更快地增加,會變成和速度的平方、三次方、甚至更高次方成正比,因此,商船考慮經濟性,行駛速度不高,一般不高于17海里每小時,甚至12海里每小時,維持這個巡航速度,也不需要太大的螺旋槳產生推力。

            現在Z大的螺旋漿都是安裝在商船上的,軍艦的螺旋漿因為會受到種種限制,直徑反而是要小很多的。具體來說,再大的艦艇也有通過巴拿馬運河、蘇伊士運河的要求,其吃水就必須在11米,這樣尾部就沒有空間安裝螺旋漿。而大型貨船,尤其是所謂的“超巴拿馬型”,只要性價比高,多拉貨少花錢,螺旋漿那是有多大造多大。比如現在全球較大的螺旋漿就是中國生產的,直接高達11.2米。而美國尼米茲級核動力航母的螺旋漿直徑只有6.4米,差了很多。幾十萬噸貨船怎么只有一個螺旋槳而且還這么小,這是為什么?

            其次,船尾設計也限制了艦艇的螺旋漿尺寸,民用船只的船尾設計只需要考慮如何降低阻力,減少使用費用,但軍用船只的船尾是要有很多功能的。比如上圖航母的船尾,就是艦載機發動機維修車間的試車臺,而下圖的056A輕型護衛艦型的船尾,就需要布置反潛用的拖曳聲吶。另外還有一點需要說明,并不是船越大,其阻力就越大,需要的功率也越大。對船舶高速航行影響比較大的波障阻力,就不與船的大小成正比。美軍標準排水量7000噸的伯克級驅逐艦,30節航速需要的推進功率是72兆瓦,而10萬噸級的尼米茲級航母,達到30節的航速只需要190兆瓦。排水量大了10倍,需要的推進功率卻只大了不到3倍。專門為降低阻力,節省油耗的大型商船,這個比例更低。

            中學地理講航運的特點么?大宗低速。為啥大宗,因為鐵路限制寬度和長度,航空限制重量。航運船體大,重量、尺寸限制較低。但是導致的結果就是船舶的航速一直不是很快,正常船只(地效翼船本質上應該歸類于飛機)極限六十節左右即110千米每小時。而大部分使用船運的貨物對于成本要求較緊,而時間相對一般。那么慢悠悠的開過去如果更為節能,或者說提高航速成本過高,自然會考慮以節約成本為先。而單軸雖然被各國海軍認為不安全,但是動力系統簡單啊。想想主要起到“為航母抗魚雷”作用的佩里級低成本艦,不就用的單軸么?而且同等功率下軸數越多,除了建造成本高,也占用體積、重量更大,軍艦可以為追求高航速而容忍,但是貨輪就需要考慮這些空間節約下來可以增加運力。

            另外,多軸還會造成動力系統的損耗,一方面是未必一機一軸的情況下幾個輪機之間相互使用減速齒輪組會有一定損耗(當然多機單軸也有這個問題,不過現代單軸船多為單機單軸)另外各螺旋槳之間也會相互干擾,其形成的氣泡會降低臨近螺旋槳的運轉效率。因此同等動能輸出情況下,多機多軸實際軸馬力<多機單軸~單機多軸(這倆誰大誰小不明確)<單機單軸,因此對于成本比較敏感的貨運更傾向于單機單軸。船舶動力系統與航速、載重關系,可以看出與重量的三分之二次方成正比,與速度的三次方成正比,所以現在的船越造越大,但是航速提升不多,也是這個原因。

            大型船舶體積龐大,貨輪吃水普遍也很深,而現代貨輪普遍自重較小(當年ULCC 比VLCC大,但是自重太大,世界較大的賈樂維京滿載82萬噸自重就26萬噸,性價比在今日看來比較差)結果空載狀態下螺旋槳會露出水面,但是即便如此漏出的部分也并不很大,實際視覺效果上就好像螺旋槳很小。然而其實都還是直徑好幾米到十余米的大型螺旋槳。幾十萬噸貨船怎么只有一個螺旋槳而且還這么小,這是為什么?

            不過單軸現在也面臨問題就是盡管航速較低的時候問題不嚴重,可是單軸馬力超過5萬軸馬力則動力耗散比較嚴重,氣泡增多,導致推動效率驟減,因此改進螺旋槳曲面形狀十分重要?,F代馬士基已經使用單軸超過11萬馬力的貨輪,不過前提是航速依舊不能太快,不然空泡損耗依然嚴重。(三十年代著名大型豪華郵輪瑪麗王后號的主軸,此船尺寸與當今大型貨輪相當,但是航速要快一倍左右。)另外大軸還是很貴而且損耗功率大,而且進出港不便,現代游輪為了便利開始使用電力推進(大部分還不是全電系統)艏側推加上可旋轉茄式螺旋槳,可以自行出入港。

            游輪的可旋轉吊艙式螺旋槳?,F代游輪并不追求航速,普遍高航速也就22-24節,比大型貨輪略快,尺寸相近,但是吃水普遍較淺。大型貨輪動輒滿載20余米的吃水深度而大型游輪長寬相近,吃水只有8-10米。另外多說一句,所謂球鼻首一般認為只對30節以下航速船舶效果明顯,現代軍艦航速基本在30節左右,其更重要的作用是為聲吶留出空間。而貨輪和游輪的球鼻艏才是真的為了減小興波阻力。

            水的巨大浮力就抵消了船的重量,所以螺旋槳就顯得相對比較小。但實際上,大型船舶的螺旋槳還是很大的,直徑在1-10米,重量數噸到數十噸。而且大型船舶的螺旋槳數量也不是1個,通常都在2個以上。例如30萬噸超大型油輪就是雙軸雙槳,每部五葉螺旋槳的直徑達10米(相當于3層樓),重達75噸。至于大型軍艦,由于追求高航速,螺旋槳的數量還會增加。例如美國海軍10萬噸級尼米茲級核動力航母采用四軸四槳,每部五葉螺旋槳直徑為6.4米,重30噸。幾十萬噸貨船怎么只有一個螺旋槳而且還這么小,這是為什么?

            與活塞式或渦槳飛機的螺旋槳相比,船舶的推進螺旋槳都是曲面形狀,線條復雜,要求的工藝指標為精度高于0.1毫米,難以用車床銑床加工,零件內部強度要求也高,不能有氣泡。目前工業上制造螺旋槳的方法一般以高精度的鑄造為主,一次澆鑄成型,然后用機械打磨拋光表面。此外,船舶用的推進螺旋槳葉片要比飛機的螺旋槳寬度大得多,轉速也小得多。

          大型船用螺旋槳

            船舶的螺旋槳材料基本都是銅合金,用的多的是鎳鋁青銅。雖然不銹鋼鑄件的耐腐蝕疲勞強度和抗空泡剝蝕性能是銅合金的幾倍甚至十幾倍,能夠顯著提高螺旋槳的壽命,特別是污染的海水中,不銹鋼更具優勢。但是不銹鋼件整體鑄造技術難度太大,鑄造成本是銅合金的數倍甚至十多倍。如果再將精密焊接、硬表面拋光等費用加上,不銹鋼螺旋槳的成本就更是貴的令人咋舌得。相比之下,銅的熔點低、鑄造簡單、流動性好、鑄件氣泡少、表面光潔度高、成本較低,所以壟斷了螺旋槳材料。

            說到大小,其實就是一個關于設計的話題,螺旋槳的為什么不做大,我們可以換一個問法,如果做大會有什么不好?第一、在船舶運行時螺旋槳必須要沒入水中,而且要有一定的深度,另外在船舶淺水運行或者擱淺時,要防止螺旋槳損傷,所以螺旋槳下不超過船舶基線(船體底),上不過船舶吃水線,換言之螺旋槳直徑吃水線高度或者不能超出過多。舉例長度150米的船如果吃水4米左右,那么螺旋槳直徑就不能大于4米。第二、制造能力和成本,隨著螺旋槳的直徑變大,制造難度和成本會成倍的變大。所以船東和設計公司在選用螺旋槳時會綜合考慮。第三、金屬構件越大,越容易發生變形。第四并不是螺旋槳越大,效果越好,水的密度和粘度是空氣的成百上千倍,不能以空氣中電風扇來做為船舶螺旋槳的參照。螺旋槳的參數包括直徑、螺距,葉片數,盤面比等等,現在螺旋槳的設計已經很成熟,有很多理論和規范。第五。螺旋槳設計時也需要考慮到主機的功率和轉速。


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          關鍵詞:船用螺旋槳,大型船用螺旋槳,船舶螺旋槳

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