马格努斯效应在船舶上的应用.ppt

制作者：,马格努斯效应在船舶上的应用,马格努斯效应的定义：当一个旋转物体的旋转角速度与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相互垂直的方向上将产生一个横向力，在这个横向力作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象称作马格努斯效应。,马格努斯效应简介,早在本世纪20年代，就有人开始考虑将马格努斯效应应用在船舶上，但是进展不大，70年代石油危机以后，人们又重新对其在船舶上的应用产生了兴趣，主要有以下几个方面：,马格努斯效应在现代船舶上的应用,转柱舵风筒推进装置减摇装置马格努斯螺旋桨发电机,1.转柱舵,转柱舵是根据马格努斯效应而设计的一种新型舵。它由一个具有圆形端板的圆筒取代普通舵的舵叶,如图所示。船舶在航行中,当圆筒在原动机的带动下旋转时,圆筒将受到马格努斯效应力的作用,船舶在这个力的作用下转向。圆筒倒转时,力的作用方向相反,转柱舵具有以下优点：,性能上：转柱舵比普通舵具有更好的流体动力特性。现有资料表明,当圆筒的圆周速度为来流速度的4倍时,其升力与阻力之比约为9:1;而对普通舵来说,在满舵时,其升力与阻力之比不到2,1。因此,转柱舱不会象普通舵那样在大舫角下增加船舶力。由于转柱舵的转船力矩与水流的一次方成正比,而普通舵的转船力矩与水流的二次方成正比,因此转柱舵与普通舵相比,在低速下更有效。普通舵倒肮时操纵性都会变坏。而转柱舵倒航时,其流体的动力特性变化不大,因而其操纵性仍然十分有效。结构上:转柱舵的外形为圆柱休,水流对其作用力的方向通过圆柱的轴线,受力情况比普通舵要好。同时其强度和刚度方面都优于普通舵,制造和维修也较方便。控制上:转柱舵的转向和转速可以由变速电机或液压马达来控制和驱动,这样不仅提高了操舵装置的可靠性,而且也不存在一般操舵装置的舵角校正问题和跑舵、锁舵等常见问题。另外,转柱舵原动机仅需克服轴承的摩擦力和圆柱体表面与液体间的粘性摩擦力,共功率要小于普通舵的舵机功率。,2.风筒推进装置,马格努斯效应首先在推进装置方面得到了实际应用。1924年,一名叫弗莱特纳(AntonlFetter)的德国企业家将两个直径为3米,高13米的圆柱体装在460吨的“巴考”(Buekau)号上,取代原船上的帆,以4.4千瓦的发动机带动圆柱体旋转,借助风在旋转的圆筒上产生的推力,成功地从汉堡横渡大西洋到达纽约。图所示是20年代另一艘名叫“巴拉巴拉”Barbara)号的船,上面装有三个圆筒。,风筒推进装置除了能节省能源外还具有单位推力投资低,结构简单,易于操作和控制等优点,引起了世界各国的重视。法国、德国、苏联、瑞典和美国在这方面已取得了很大的进展。,3.减摇装置,通常的减摇装置是通过两侧的减摇鳍片起作用的。减摇鳍片的横截面一般是机翼形,当水流流过鳍片时对鳍片产生一个升力,两侧的升力共同对船产生一个恢复力矩,克服由于风浪对船产生的倾斜力矩,达到减摇目的。马格努斯减摇装置用旋转的圆柱体代替通常的鳍片。当圆柱体旋转时,由于马格努斯效应易产生恢复力矩,如图所示。马格努斯减摇装置的优点是制造简单,效率高,对船舶产生的阻力小和容易收放。比不仅可以降低造价,而且可以提高效率。目前的计算表明这种马格努斯螺旋桨要比常规螺旋桨产生的推力大一倍。如果这种计算在实船上证明是正确的，那么主机功率可减小一半,节能效益十分显著。,4.马格努斯螺旋桨,马格努斯螺旋桨1912年己有专利。图表示了马格努斯螺旋桨与导流管结合的一种装置。它用旋转的圆柱体来代替常规的螺旋桨叶片,利用导流管内的齿条和主机传动轴驱动圆柱体。实验表明:这种螺旋桨与常规螺旋桨相示了马格努斯螺旋桨与导流管结合的一种装置。它用旋转的圆柱体来代替常规的螺旋桨叶片,利用导流管内的齿条和主机传动轴驱动圆柱体。实验表明:这种螺旋桨与常规螺旋桨相比不仅可以降低造价,而且可以提高效率。目前的计算表明这种马格努斯螺旋桨要比常规螺旋桨产生的推力大一倍。如果这种计算在实船上证明是正确的,那么主机功率可减小一半,节能效益十分显著。,5.发电机,马格努斯效应发电机有两种基本类型:水轴式和垂直轴式。水平轴式是弗莱特纳在20年代中期发明的,并且取得了一定的成功。图是伯格(Borg)提出的一种水下垂直轴式发电机,这种装置可以利用潮水或水流发电