推力減額:推力減額與推力減額分數,推進器水動力干擾研究概況,推進器對船體的影響,推

推力減額（thrust deduction）是指螺旋槳用於克服船體阻力部分的推力與所發出的推力之差。螺旋槳在船後工作時，由於抽吸作用，使船尾部的水流速度增大，從而導致船體的壓阻力和摩擦阻力有所增加。該增加部分稱為阻力增額。用以抵消這部分阻力增額的推力部分就是推力減額，通常用△T來表示，T_E=R=T-△T，其中T_E是有效推力；R為船體阻力；T為螺旋槳發出的推力。在實用中經常用無因次的係數-推力減額係數t來表示推力減額的大小，是推力減額與螺旋槳推力的比值，即為t=△T/T。

基本介紹

中文名：推力減額
外文名：thrust deduction
解釋：螺旋槳工作時引起的船體附加阻力
公式：T=R+△T
一級學科：船舶工程
二級學科：船舶術語

推力減額與推力減額分數,推進器水動力干擾研究概況,推進器對船體的影響,推進器之間的相互干擾,側推裝置推力減額試驗研究,研究介紹,側推系統和船舶模型概述,（無槳）船模隧道內的流速測量,（有槳）船模隧道內流速的測量,全負荷工況下的試驗測量,

推力減額與推力減額分數

螺旋槳對船的影響表現為推力減額。在船後工作的螺旋槳對尾部船體表面的水流有抽吸作用，使尾部船體表面的水流速度增加、壓力下降，如圖1所示。這種尾部壓力下降引起的船體阻力增加量稱作阻力增額。這部分阻力增加量是由螺旋槳工作引起的，故將它理解為螺旋槳推力減小量，分配到每個槳上的這種推力減小量即稱為推力減額，記作△T。按推力減額的概念，在船後工作的螺旋槳作用下的艦船阻力不發生變化，只是螺旋槳本身的推力損失了一部分。記入推力減額後的螺旋槳推力稱為有效推力，有時也稱為船後槳推力，記作T_E。有效T_E與敞水槳推力T之間的關係為

△T與T的比值稱為推力減額分數，記作t，即

於是有效推力表示為

各種艦船的推力減額分數 t 如圖2所列。

推進器水動力干擾研究概況

推進器對船體的影響

由於船體形式和推進器方向的不同，推進器對船體的干擾影響非常複雜，在實際設計中需要考慮的干擾有以下幾種：

（1）摩擦力

當螺旋槳安裝在船體平坦底部時，螺旋槳將貼近船底表面，產生與推力方向相反的摩擦力，導致推力減額。

（2）科安達（Coanda）效應

船體表面為曲面時，螺旋槳尾流會沿著曲面擴散（如舭部連線處），並在曲面附近形成低壓區域，造成壓差阻力，從而抵消部分推力，這時有效推力將會減少，這就是科安達效應。

推進器之間的相互干擾

採用多個推進器時，特別當兩個推進器的方向接近一條直線時，一個推進器排出的水流會直接沖入另一個推進器。

很多拖曳水池都曾對螺旋槳間的干擾進行過試驗研究，儘管採用不同的螺旋槳，但結果都非常相似。Lehn和Moberg對兩個螺旋槳呈前後布置的形式進行了試驗，試驗結果表明：當兩個螺旋槳距離越靠近，干擾問題就越嚴重，尾流會在相當大的範圍內對下游螺旋槳產生影響，在16倍直徑距離處，推力損失仍達1/4左右。當螺旋槳置於平板下時，螺旋槳尾流的最大速度偏向平板，從而降低下游推力器的平均入流速度，並減少推力損失。當上游螺旋槳改變角度或距離以避免其尾流對下游螺旋槳的直接衝擊，干擾問題可以得到改善，Nienhuis和Lehn的試驗結果都證明了這點，他們對不同角度和不同距離進行了試驗，試驗結果表明：改變角度能夠大大改善推力損失，尤其是當兩槳之間距離較大時。

側推裝置推力減額試驗研究

研究介紹

艦船動力定位時，側推器受到海流的影響，當海流的流速和流向不同時，側推器產生的推力與其在靜水中的推力不同。為了正確估算所需側推裝置功率的大小，需確定側推器受不同流速、流向影響時的推力減額。查閱國內外資料，未見相關側推裝置在不同流速、流向下推力減額的研究成果。

在上海交通大學海洋工程國家重點實驗室進行了側推裝置推力減縮試驗研究，研究方案為：製作相應比例的船模和側推螺旋槳，將側推器固定安裝在船模的隧道中，側推器由電動機驅動。將船模固定在拖車上，通過改變船模與拖車的角度以及拖車的速度，來模擬不同的流速和流向。首先測量側推器全負荷工況下在靜水中的推力和扭矩，並以達到要求推力時的轉速為額定轉速。然後測量不同流速和流向下推力器全負荷（額定轉速）工況下的推力和扭矩，以確定側推器在不同流速流向時的推力減縮係數。

在該模型試驗中，試驗和分析所採用的隨船坐標系O-XYZ如圖3所示。隨船坐標系的原點位於船模的中心處。圖中箭頭表示試驗中的來流方向。來流方向由船首自0°開始沿逆時針方向，共360°。安裝在隧道中的螺旋槳安放在船的中縱剖面的位置上，葉面朝向左舷，故螺旋槳所受的推力方向指向右舷。

側推系統和船舶模型概述

試驗用螺旋槳模型的大小為D = 0.12 m，而實船的螺旋槳的尺寸為2.1 m，故採用的實船模型縮尺比為17.5。所有的模型均按照該縮尺比製作。

Z 型側推系統主要由螺旋槳、動力部件、測力部件等組裝完成。其基本部件組成見圖4。

側推裝置額定推力不小於150 kN（即1 000 kW ×0.15 kN/kW），螺旋槳直徑D 為 2 100 mm。試驗時，從備用槳中選取螺旋槳AU4作為試驗用槳。該槳的直徑D為 120 mm（相應的模型縮尺比為 2 100/120=17.5），螺距比（H / D）為0.75，盤面比（A / Ad）為0.6。

側推系統由1台稀土直流電機驅動。電動機最大功率250 W、輸入電壓90 V、最高轉速1 500 r/min、最大扭矩1.67 N·m、最大電流3.7 A，直流電機的轉速由數字轉速表控制，控制精度為±1.0 r/min。

由於側推系統採用Z型齒輪傳動，故無法直接採用自航動力儀來測量推力，因此試驗中僅用自航動力儀測量扭矩，而由固定螺旋槳垂向傳動軸的測力天平來測量螺旋槳上的推力。在自航儀和螺旋槳的傳動軸之間採用柔性連線結合。這樣既可以將自航儀的扭矩傳遞到螺旋槳上驅動螺旋槳的轉動，同時避免將螺旋槳的推力傳遞到自航動力儀上，使螺旋槳的推力完全施加在測力天平上，從而保證螺旋槳推力的正確測量。

自航儀最大測量扭矩±147 N·cm，推力和扭矩短時過載25%，最大轉速1 500 r/min。測力天平的量程為98 N。試驗模型完全依照型線圖數據木製，並滿足相應的精度。其吃水通過添加和改變船模內壓載的質量和位置進行調整，以達到規定的要求。船首部的側推孔隧道採用厚壁有機玻璃管制作，隧道內表面經過精車加工。

（無槳）船模隧道內的流速測量

當船模遭遇不同流向和流速的來流時，測量其在隧道內的流速。採用葉輪式流速計測量隧道內的流速。葉輪式流速計呈圓柱狀，直徑約6 mm、長約5 mm，流速計的測量位置距螺旋槳中軸線R / 2（R為螺旋槳半徑），距離船舶的中縱剖面4.0 cm（相當於實船0.7 m），位於螺旋槳的葉背一側處。隧道內流速測量的結果見圖5和圖6。

從圖5可以看出，當來流方向為0°和180°（即艏部或艉部來流）時，隧道內流速較小；當背景流速達到3 kn（1.543 2 m/s）時，隧道內流速最高才0.348 m/s，僅為背景流速的22.55%；而當來流方向為90°和270°時，隧道內流速明顯大於外界背景流速，尤其來流方向為270°、背景流速3 kn時，隧道內的流速比外界流速高51.31%。

（有槳）船模隧道內流速的測量

當安裝螺旋槳的船模遭遇不同流向和流速的來流時，測量其在隧道內流速，流速計的測量位置同前。由於考慮到在葉片的後面和葉片間隙的後面測量的流速會有所不同，因此分別進行了以上兩個位置的流速測量，流速測量的結果見圖7和圖8。

從圖7可以看出，當隧道內有槳（n = 0）時，隧道中的流速小於無槳時隧道內流速。當來流經由槳背流入（順流）時，槳前的流速比較均勻，槳葉和槳隙的流速相差不大；而當來流經由槳面流入（逆流）時，槳前的流速比較紊亂，位於槳前（槳背）處的槳葉和槳隙的流速相差比較大，顯示流經過槳後比較紊亂，分布不再均勻了。

全負荷工況下的試驗測量

測量當安裝螺旋槳的船模在靜水中和遭遇不同流向和流速的來流時，側推裝置全負荷運轉（轉速為1 220 r/min）時，螺旋槳推力和扭矩變化。

經過試驗測得，該側推系統（n = 1 220 r/min）在靜水中的敞水推力為27.773 N（模型值），扭矩為36.995 N·cm（模型值），換算到實船為152.57 kN，35.56 kN·m。

安裝到隧道內以後，該側推系統（n = 1 220 r/min）在靜水中的推力為20.54 N（模型值），扭矩為29.321 N·cm（模型值），換算到實船為112.838 kN，28.19 kN·m。可見，安裝到隧道內以後，螺旋槳在相同轉速下的推力、扭矩和功率都有所下降。

在不同流向和流速的來流中，相同轉速（n = 1 220 r/min）的螺旋槳的推力和扭矩見圖9和圖10中所示。從圖中可以看出：

（1）螺旋槳在安裝到隧道內後，相同轉速時推力和扭矩都有所下降。

（2）除了個別角度，推力和扭矩都隨來流流速的上升而下降。

（3）當來流改變時，推力的變化比扭矩的變化更大。

（4）當來流在180°～360°間變化時（此時水流從葉背流入，即順流），推力和扭矩隨流向而變化，但比較緩和。

（5）當來流在 0°～180°間變化時（此時水流從葉面流入，即逆流），推力和扭矩隨流向變化比較劇烈；在90°～180°間，推力下降比較明顯（此時的水流由船尾左舷流入）。

推力減額