高恩桨设计方法

对于速度较高的小艇，比较适宜采用高恩非空泡桨。高恩桨一律是三个桨叶，桨叶形状呈椭圆形、叶梢宽、盘面比从0．2延伸到1．1。在相同功率和桨转速的前提下，高恩桨能设计出比B型桨较短的桨叶，这对于在浅水中航行的小艇来说是比较合适的。此外高恩桨无后倾、无侧斜，整个桨叶剖面是左右对称的直线弓背形状，这些特征会使桨叶抗空泡性能好、强度高。如果想应用到高速艇上，便需要设计出盘面比相对较小的桨。

1）高恩桨的叶型参数

高恩桨展开轮廓的叶宽值如表4-3所示，据此型值可直接绘出高恩桨的展开轮廓，如图4-5所示，高恩标准系列桨叶在轴心处的最大厚度to＝0．06D，其中D为螺旋桨直径。叶梢处的最大厚度对小艇来说宜取t1．0＝（0．002～0．004）D。高恩桨的投影面积可用下式计算：

AP＝（1．083－0．229）AE（49）

表4-3 高恩桨展开轮廓宽度值

注：R为螺旋桨半径；D为螺旋桨直径；Br为在半径为r处的叶片宽度；Bm为叶片最大宽度；Bm＝0．77EAR×D。

图4-5 高恩桨的叶片形状

2）绘制伸张轮廓

参阅图4-5，以绘制0．4R处的伸张轮廓为例说明绘制方法。在横轴上取犗F＝P／2π（P为螺距），连接AF，过F点作AF的垂线FM并交犗A的延长线于M点。然后以M为圆心，MA为半径作圆弧，交展开轮廓线于B2，C2两点。过A点水平线，量取AB′2＝AB2弧长；AC′2＝AC2弧长。则B2，C2即为伸张轮廓上的两点。同理可作出其他半径处伸张轮廓上的相应各点，连接各点即可得出伸张轮廓。

3）绘制投射轮廓

高恩桨的投射轮廓可以由展开轮廓直接求得，其方法是：以犗为圆心，犗A为半径作圆弧交B2，C2两点的连线于B1，C1，即为该半径处投射轮廓上的两点。连接各半径处的相应各点即可得到整个投射轮廓。

4）设计图谱

图4-6是供空泡性能校核用的勃立尔 高恩空泡限界图。图4- 7～图4-11是高恩桨的敞水性征图谱，共5幅，分别对应盘面比EAR＝0．5，0．65， 0．8，0．95，1．10。现介绍其使用方法。

图4-6 勃立尔高恩空泡限界（σ0为桨盘中心处的空泡数）

对于高速艇来说，轴上之水压力pH与汽化压力pv都可以忽略，另外，高速艇的伴流系数往往很小，甚至等于零。因此，艇的航速v可视为螺旋桨的进速，桨盘中心处的空泡数可简化成下式计算：

图4-7 高恩桨的敞水性征图谱EAR＝0．5

图4-8 高恩桨的敞水性征图谱EAR＝0．65

图4-9 高恩桨的敞水性征图谱EAR＝0．8

图4-10 高恩桨的敞水性征图谱EAR＝0．95

图4-11 高恩桨的敞水性征图谱EAR＝1．10

式中，σ0为桨盘中心处的空泡数；pA为推进功率（N）；ρ为海水密度（kg／m3）；v为螺旋桨进速（m／s）。

当求得σ0，JT，KT或KQ之后，即可从图4-12中查得不产生空泡的最佳盘面比。对于高航速的艇来说，由于艇的航速等于螺旋桨的进速，所以JT＝JA＝J。

设计高恩桨时，若还未指定直径而欲求最佳的桨直径D2时，可先求出与进速系数J相关的负荷系数CJ：

式中，pD为螺旋桨功率（N）；n为螺旋桨转速；ρ为海水密度（kg／m3）；v为螺旋桨进速（m／s）。CJ求得以后，即可通过图4-13求得不同盘面比的最佳进速系数J，再由下式求得最佳直径：

此时，σ0和J已求得，KT或KQ两者可得其一，即可在图4-7的空泡界限图中标出设计桨的坐标位置。检查此位置相对于各自盘面比的限界线的位置，若交点落在限界线的左侧，则说明有空泡发生，盘面比EAR偏小；若交点落在限界线右侧，则说明没有空泡发生；若落在右侧且离限界线有些距离，则说明盘面比取得过大。紧挨限界线又落在右侧，才能说明盘面比取得恰到好处。盘面比确定以后，就可利用图4-11确定螺距比P／D和桨的敞水效率。

图4-12 高恩桨最佳负荷系数与进速比关系

图4-13 敞水性征曲线组