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        船舶推進(jìn)器的發(fā)展與展望

        2019-07-05 18:43:32湯旭
        智富時(shí)代 2019年5期
        關(guān)鍵詞:前景分類(lèi)應(yīng)用

        湯旭

        【摘 要】船舶推進(jìn)器是船舶中不可缺少的一種元件,它具有動(dòng)力載體的作用,是一種可以把發(fā)動(dòng)機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化成船體前進(jìn)動(dòng)力的設(shè)備?;诖?,本文首先將分析傳播推進(jìn)器的發(fā)展與應(yīng)用,然后分析船舶推進(jìn)器的分類(lèi)和工作原理,最后闡述了船舶推進(jìn)器在未來(lái)的發(fā)展前景。

        【關(guān)鍵詞】船舶推進(jìn)器;發(fā)展;應(yīng)用;分類(lèi);前景

        在船艇中,推進(jìn)器是非常重要的一種部件,它也是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的主要設(shè)備,能夠把主機(jī)所發(fā)出的能量轉(zhuǎn)化為船艇的推動(dòng)力。長(zhǎng)期以來(lái),提高船舶推進(jìn)器的性能、開(kāi)發(fā)性能更好的推進(jìn)器都是該領(lǐng)域主要的研究方向。從19世紀(jì)初期開(kāi)始,螺旋槳一直被作為一種實(shí)用性很高的推進(jìn)器應(yīng)用在船艇中,直到現(xiàn)在,人們已經(jīng)以螺旋槳為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出了各種不同類(lèi)型的推進(jìn)器,例如,吊艙推進(jìn)器、導(dǎo)管槳、泵噴推進(jìn)器、對(duì)轉(zhuǎn)槳、泵噴推進(jìn)器等,并研發(fā)出了代替螺旋槳的推進(jìn)器,如噴水推進(jìn)與超導(dǎo)磁流體推進(jìn)等。

        一、推進(jìn)器的發(fā)展和應(yīng)用

        1.1原始推進(jìn)裝置

        在古代,對(duì)于船體的推進(jìn)通常使用人力推進(jìn)、牲畜推進(jìn)等比較原始的方式,后來(lái),開(kāi)始使用竹蒿撐著前進(jìn),但是,這種推進(jìn)方式也僅僅適用于獨(dú)木舟、木板船時(shí)期,所以,它能夠應(yīng)用的范圍非常小,工作效率也相對(duì)較低,船體的穩(wěn)定性能與整體性能也相對(duì)較差。

        1.2噴水推進(jìn)器

        推進(jìn)機(jī)構(gòu)在船體內(nèi)部,利用噴射流體所產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)船舶前進(jìn)的推進(jìn)器。它的原理是利用水泵作為動(dòng)力,將水從船底孔吸入,經(jīng)過(guò)舷部的管子,把水從船后方向排出,依靠水的反作用力來(lái)使船舶行進(jìn)。

        1.3螺旋槳推進(jìn)器裝置

        從19世紀(jì)蒸汽機(jī)問(wèn)世以后,船舶明輪推進(jìn)器配合蒸汽機(jī)的使用在一段時(shí)期內(nèi)取得了較好的效果,但隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,明輪推進(jìn)器的效率低,明輪蹼板在較大作用力下的磨損問(wèn)題逐漸顯現(xiàn),科學(xué)家們開(kāi)始研制,根據(jù)車(chē)輪的形狀聯(lián)想出簡(jiǎn)單螺旋式槳葉的雛形,依據(jù)風(fēng)車(chē)找到扭矩輸出,加上阿基米德螺旋泵,構(gòu)成了最初的螺旋槳推進(jìn)器?!?】為了證實(shí)螺旋槳推進(jìn)器比明輪推進(jìn)器具有更多方面的優(yōu)勢(shì),英國(guó)海軍還組織了相關(guān)的比賽,把推進(jìn)力相當(dāng)?shù)牟捎妹鬏喭七M(jìn)器的“愛(ài)里克托號(hào)”和螺旋槳推進(jìn)器的“響尾蛇號(hào)”用粗繩將兩船船尾相連,讓他們反向行駛,“響尾蛇號(hào)”的螺旋槳飛速旋轉(zhuǎn),“愛(ài)里克托號(hào)”通過(guò)蹼板撥水,但最終還是被采用螺旋槳設(shè)計(jì)的“響尾蛇號(hào)”拖走,這場(chǎng)比賽也就證明了螺旋槳的優(yōu)勢(shì),自此使用螺旋槳推進(jìn)器也拉開(kāi)了帷幕。到現(xiàn)在為止,螺旋槳推進(jìn)器還是船舶推進(jìn)的主要形式,科學(xué)家們根據(jù)使用的空間范圍對(duì)其進(jìn)行各個(gè)方面的改進(jìn)。

        1.4風(fēng)力推進(jìn)裝置

        隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,人們開(kāi)始借助自然界的風(fēng)力條件進(jìn)行推進(jìn),自此,風(fēng)帆在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)成為船舶的主要推進(jìn)器,雖然利用風(fēng)帆有其自身的優(yōu)勢(shì),節(jié)省了人力、物力,但風(fēng)帆的劣勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的,風(fēng)向、風(fēng)力都制約了船體的推力狀態(tài),人對(duì)船體的操控力也受到限制,僅在一些公園游艇、小漁船上應(yīng)用。但近些年來(lái),由于石油能源的短缺,工業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染(霧霾等)產(chǎn)生嚴(yán)重影響了人們的生活與健康,風(fēng)力這種安全無(wú)污染、可持續(xù)利用的能源激發(fā)了人們從新使用風(fēng)力推進(jìn)的想法,節(jié)能船的研制與使用則會(huì)越來(lái)越廣泛。

        二、船舶推進(jìn)器的分類(lèi)及工作原理

        2.1明輪推進(jìn)器

        明輪推進(jìn)器是局部入水工作的部件,它主要由明輪外圈、內(nèi)圈、蹼板、支撐等幾部分組成,明輪推進(jìn)器在工作過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)明輪旋轉(zhuǎn),明輪外周蹼板以某個(gè)角度進(jìn)出水平面,蹼板通過(guò)撥水產(chǎn)生的動(dòng)力推動(dòng)船體前進(jìn),按照蹼板安裝形式的不同,可分為定蹼明輪推進(jìn)器和動(dòng)蹼明輪推進(jìn)器,具體如下圖1、圖2所示。

        2.2常規(guī)噴水推進(jìn)器

        噴水推進(jìn)器是利用水的作用力和反作用力推動(dòng)船體前進(jìn)的一種推進(jìn)器。一般由水泵,吸水管,噴水管組成,水泵是動(dòng)力源泉,水從船底部吸入,經(jīng)過(guò)吸水管道,從船的后方將水排出去,依賴(lài)水的反作用力推動(dòng)船體前進(jìn),但是這種噴水式推進(jìn)器在設(shè)計(jì)時(shí),它的管路受尺寸設(shè)計(jì)上的限制,工作起來(lái)效率比較低,所以一般使用較少。

        2.3對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳

        對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳又稱(chēng)為雙反轉(zhuǎn)螺旋槳,將兩個(gè)常規(guī)普通型螺旋槳安裝在同心的兩個(gè)軸上,使它們的旋向相反的一種推進(jìn)方式。這種方式可以促進(jìn)后槳吸收前槳的能量,如果前后槳的配合較好,尾流中周向誘導(dǎo)速度則比較小,效率有時(shí)則能達(dá)到普通螺旋槳的10%;對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳采用的是相反方向旋轉(zhuǎn)推進(jìn)形式,橫向穩(wěn)定性好,一般魚(yú)雷推進(jìn)器采用此種方式;對(duì)轉(zhuǎn)槳的葉面面積增大,相對(duì)來(lái)說(shuō),其負(fù)荷較低,從而可以避免空泡現(xiàn)象的產(chǎn)生?!?】?jī)?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是相對(duì)應(yīng)的,對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮正反同心周傳遞功率;其制造工藝要求高、成本和維修的費(fèi)用高、誤差的范圍比較小,從而使得制造的難度進(jìn)一步提高。

        三、新型船舶推進(jìn)器的發(fā)展前景

        綜合船舶推進(jìn)器的各項(xiàng)性能來(lái)看,電力推進(jìn)系統(tǒng)存在更多的優(yōu)越性,在未來(lái)的15到20年以后,全電力推進(jìn)系統(tǒng)在民用遠(yuǎn)洋船舶的使用率有望從10%提高到50%左右。掌握船舶全電力推進(jìn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以及制造核心是一項(xiàng)技術(shù)變革,只有加快民用船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)裝備研究及產(chǎn)業(yè)化工作,才能在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)制高點(diǎn)。

        水下仿生推進(jìn)器是隨著生物流體力學(xué),仿生機(jī)電與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展,仿生水下推進(jìn)器將進(jìn)一步向高速、高效、大載荷空間、高機(jī)動(dòng)性、低噪聲以及長(zhǎng)航程方向發(fā)展,將會(huì)逐步實(shí)用化。

        四、結(jié)束語(yǔ)

        總之,從21世紀(jì)初期開(kāi)始,船舶推進(jìn)器得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。而且,在現(xiàn)代航運(yùn)事業(yè)與軍事用途的驅(qū)動(dòng)下,現(xiàn)代的船舶必須要達(dá)到或者是始終維持著高航速、高適航、高穩(wěn)定性、高操作性、高適用性和低能耗的高經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)。此外,目前已經(jīng)是高性能復(fù)合船型發(fā)展的年代,在這個(gè)大背景下,世界高性能船舶的發(fā)展和運(yùn)用在高新技術(shù)的推動(dòng)下呈現(xiàn)出一派蓬勃的景象,所以,在未來(lái),船舶推進(jìn)器必定會(huì)迎來(lái)更加良好的發(fā)展前景。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]孫文林,王超,康瑞,王國(guó)亮.冰區(qū)航行船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的若干考慮[J].船舶工程,2015(09).

        [2]王溢俊,王磊,蔣圳佯,陳詩(shī)洋.深水半潛平臺(tái)錨泊輔助動(dòng)力定位系統(tǒng)錨鏈布置方式影響分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014(05).

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