發(fā)展
1752年,瑞士物理學(xué)家伯努利第一次提出了螺旋槳比在它以前存在的各種推進(jìn)器優(yōu)越的報告,他設(shè)計了具有雙導(dǎo)程螺旋的推進(jìn)器,安裝在船尾舵的前方。1764年,瑞士數(shù)學(xué)家歐拉研究了能代替帆的其它推進(jìn)器,如槳輪(明輪),也包括了螺旋槳。 潛水器和潛艇在水面下活動,傳統(tǒng)的槳、帆無法應(yīng)用,笨重龐大的明輪也難適應(yīng)。于是第一個手動螺旋槳,然而并不是用在船上,而是作為潛水器的推進(jìn)工具。 蒸汽機(jī)問世,為船舶推進(jìn)器提供了新的良好動力,螺旋槳順應(yīng)蒸汽機(jī)的發(fā)展,成為船舶推進(jìn)的最新課題。
第一個實驗動力驅(qū)動螺旋槳的是美國人斯蒂芬,他在1804年建造了一艘7.6米長的小船,用蒸汽機(jī)直接驅(qū)動,在哈得遜河上做第一次實驗航行,實驗中發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)不行,于是換上瓦特蒸汽機(jī),實驗航速是4節(jié),最高航速曾達(dá)到8節(jié)。
斯蒂芬螺旋槳有4個風(fēng)車式槳葉,鍛制而成,和普通風(fēng)車比較它增加了葉片的徑向?qū)挾龋瑸樵趯嶒炛心?a class="dict" href="/azgame/od2747207.html">選擇螺距與轉(zhuǎn)速的較好配合,槳葉做成螺距可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)。在哈得遜河上兩個星期的試驗航行中,螺旋槳改變了幾個螺距值,但是實驗的結(jié)果都不理想,性能遠(yuǎn)不及明輪。這次實驗使他明白,在蒸汽機(jī)這樣低速的條件下,明輪的優(yōu)越性得到了充分發(fā)揮,它的推進(jìn)效率高于螺旋槳是必然的結(jié)論。
阿基米德螺旋的引入,最早見于1803年,1829年有英國的阿基米德螺旋槳的專利。并在此基礎(chǔ)上于1840-1841年建造了一些民用的螺旋槳。1843年,英國海軍在“雷特勒”號艦上,第一次以螺旋槳代替明輪,隨后由斯密士設(shè)計了20艘螺旋槳艦,參加了對俄戰(zhàn)爭,斯密士成為著名人物。 螺旋阿基米德螺旋泵示意圖
1843年,美國海軍建造了第一艘螺旋槳船“浦林西登”號,它是由艦長愛列松設(shè)計,在愛列松的積極推廣下,美國相續(xù)建造了41艘民用螺旋槳船,最大的排水量達(dá)2000噸。
盡管英、美等國取得了一些成功,但是螺旋槳用作船舶推進(jìn)還有很多問題,如在木殼船上可怕的振動,在水線下的螺旋槳軸軸承磨損,槳軸密封,推力軸承等。 隨著技術(shù)的進(jìn)步,螺旋槳的上述缺陷,一個一個地克服,以及蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,愈來愈多螺旋槳在船上取代明輪。到1858年,“大東方”號裝有當(dāng)時世界上最大的螺旋槳,它的直徑有7.3米,重量達(dá)36噸,轉(zhuǎn)速每分種50轉(zhuǎn),當(dāng)時,推進(jìn)器標(biāo)準(zhǔn)不再具有權(quán)威性,由于螺旋槳的推進(jìn)效率接近明輪,而且它卻具有許多明輪無法競爭的優(yōu)點,明輪逐步在海船上消失。
在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中,許多機(jī)械裝置的性能在人們還不太清楚的時候,就已經(jīng)廣泛使用了。但是人們在不完全理解它的物理規(guī)律和沒有完整的理論分析以前,這些裝置很難達(dá)到它的最佳性能。螺旋槳也不例外,直到1860年,雖然它在海船上已經(jīng)成為一枝獨秀,但是它的成就全都是依靠多年積累的經(jīng)驗。螺旋槳的進(jìn)步,只依靠專家們的直觀推理,已經(jīng)不能滿足船舶技術(shù)的發(fā)展需要,它有待科學(xué)家對其流體動力特性做出完整的解釋,這就促使螺旋槳理論的發(fā)展。 螺旋槳的理論研究,在船舶技術(shù)發(fā)展過程中,它比任何一個專業(yè)領(lǐng)域都做得多,從經(jīng)驗方法過渡到數(shù)字化設(shè)計,再進(jìn)而應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行螺旋槳最佳化的設(shè)什。一個好的螺旋槳其設(shè)計是非常重要的,模型試驗也起著主要的作用。