船舶推進(jìn)器的發(fā)展與展望

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)器的分類和工作原理，最后闡述了船舶推進(jìn)器在未來的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】船舶推進(jìn)器；發(fā)展；應(yīng)用；分類；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。長期以來，提高船舶推進(jìn)器的性能、開發(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)開發(fā)出了各種不同類型的推進(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，開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，工作效率也相對較低，船體的穩(wěn)定性能與整體性能也相對較差。

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)過舷部的管子，把水從船后方向排出，依靠水的反作用力來使船舶行進(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題逐漸顯現(xiàn)，科學(xué)家們開始研制，根據(jù)車輪的形狀聯(lián)想出簡單螺旋式槳葉的雛形，依據(jù)風(fēng)車找到扭矩輸出，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，英國海軍還組織了相關(guān)的比賽，把推進(jìn)力相當(dāng)?shù)牟捎妹鬏喭七M(jìn)器的“愛里克托號”和螺旋槳推進(jìn)器的“響尾蛇號”用粗繩將兩船船尾相連，讓他們反向行駛，“響尾蛇號”的螺旋槳飛速旋轉(zhuǎn)，“愛里克托號”通過蹼板撥水，但最終還是被采用螺旋槳設(shè)計(jì)的“響尾蛇號”拖走，這場比賽也就證明了螺旋槳的優(yōu)勢，自此使用螺旋槳推進(jìn)器也拉開了帷幕。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，節(jié)省了人力、物力，但風(fēng)帆的劣勢也是顯而易見的，風(fēng)向、風(fēng)力都制約了船體的推力狀態(tài)，人對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，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越來越廣泛。

二、船舶推進(jìn)器的分類及工作原理

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)過吸水管道，從船的后方將水排出去，依賴水的反作用力推動(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，工作起來效率比較低，所以一般使用較少。

2.3對轉(zhuǎn)螺旋槳

對轉(zhuǎn)螺旋槳又稱為雙反轉(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，一般魚雷推進(jìn)器采用此種方式；對轉(zhuǎn)槳的葉面面積增大，相對來說，其負(fù)荷較低，從而可以避免空泡現(xiàn)象的產(chǎn)生。【2】優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是相對應(yīng)的，對轉(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)性能來看，電力推進(jìn)系統(tǒng)存在更多的優(yōu)越性，在未來的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，才能在未來的市場競爭中占領(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、低噪聲以及長航程方向發(fā)展，將會逐步實(shí)用化。

四、結(jié)束語

總之，從21世紀(jì)初期開始，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，船舶推進(jìn)器必定會迎來更加良好的發(fā)展前景。

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