馬格努斯效應(yīng)在船舶上的應(yīng)用.ppt

制作者：,馬格努斯效應(yīng)在船舶上的應(yīng)用,馬格努斯效應(yīng)的定義：當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角速度與物體飛行速度矢量不重合時(shí)，在與旋轉(zhuǎn)角速度矢量和平動(dòng)速度矢量組成的平面相互垂直的方向上將產(chǎn)生一個(gè)橫向力，在這個(gè)橫向力作用下物體飛行軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱作馬格努斯效應(yīng)。,馬格努斯效應(yīng)簡介,早在本世紀(jì)20年代，就有人開始考慮將馬格努斯效應(yīng)應(yīng)用在船舶上，但是進(jìn)展不大，70年代石油危機(jī)以后，人們又重新對(duì)其在船舶上的應(yīng)用產(chǎn)生了興趣，主要有以下幾個(gè)方面：,馬格努斯效應(yīng)在現(xiàn)代船舶上的應(yīng)用,轉(zhuǎn)柱舵風(fēng)筒推進(jìn)裝置減搖裝置馬格努斯螺旋槳發(fā)電機(jī),1.轉(zhuǎn)柱舵,轉(zhuǎn)柱舵是根據(jù)馬格努斯效應(yīng)而設(shè)計(jì)的一種新型舵。它由一個(gè)具有圓形端板的圓筒取代普通舵的舵葉,如圖所示。船舶在航行中,當(dāng)圓筒在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí),圓筒將受到馬格努斯效應(yīng)力的作用,船舶在這個(gè)力的作用下轉(zhuǎn)向。圓筒倒轉(zhuǎn)時(shí),力的作用方向相反,轉(zhuǎn)柱舵具有以下優(yōu)點(diǎn)：,性能上：轉(zhuǎn)柱舵比普通舵具有更好的流體動(dòng)力特性?，F(xiàn)有資料表明,當(dāng)圓筒的圓周速度為來流速度的4倍時(shí),其升力與阻力之比約為9:1;而對(duì)普通舵來說,在滿舵時(shí),其升力與阻力之比不到2,1。因此,轉(zhuǎn)柱艙不會(huì)象普通舵那樣在大舫角下增加船舶力。由于轉(zhuǎn)柱舵的轉(zhuǎn)船力矩與水流的一次方成正比,而普通舵的轉(zhuǎn)船力矩與水流的二次方成正比,因此轉(zhuǎn)柱舵與普通舵相比,在低速下更有效。普通舵倒骯時(shí)操縱性都會(huì)變壞。而轉(zhuǎn)柱舵倒航時(shí),其流體的動(dòng)力特性變化不大,因而其操縱性仍然十分有效。結(jié)構(gòu)上:轉(zhuǎn)柱舵的外形為圓柱休,水流對(duì)其作用力的方向通過圓柱的軸線,受力情況比普通舵要好。同時(shí)其強(qiáng)度和剛度方面都優(yōu)于普通舵,制造和維修也較方便?？刂粕?轉(zhuǎn)柱舵的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速可以由變速電機(jī)或液壓馬達(dá)來控制和驅(qū)動(dòng),這樣不僅提高了操舵裝置的可靠性,而且也不存在一般操舵裝置的舵角校正問題和跑舵、鎖舵等常見問題。另外,轉(zhuǎn)柱舵原動(dòng)機(jī)僅需克服軸承的摩擦力和圓柱體表面與液體間的粘性摩擦力,共功率要小于普通舵的舵機(jī)功率。,2.風(fēng)筒推進(jìn)裝置,馬格努斯效應(yīng)首先在推進(jìn)裝置方面得到了實(shí)際應(yīng)用。1924年,一名叫弗萊特納(AntonlFetter)的德國企業(yè)家將兩個(gè)直徑為3米,高13米的圓柱體裝在460噸的“巴考”(Buekau)號(hào)上,取代原船上的帆,以4.4千瓦的發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓柱體旋轉(zhuǎn),借助風(fēng)在旋轉(zhuǎn)的圓筒上產(chǎn)生的推力,成功地從漢堡橫渡大西洋到達(dá)紐約。圖所示是20年代另一艘名叫“巴拉巴拉”Barbara)號(hào)的船,上面裝有三個(gè)圓筒。,風(fēng)筒推進(jìn)裝置除了能節(jié)省能源外還具有單位推力投資低,結(jié)構(gòu)簡單,易于操作和控制等優(yōu)點(diǎn),引起了世界各國的重視。法國、德國、蘇聯(lián)、瑞典和美國在這方面已取得了很大的進(jìn)展。,3.減搖裝置,通常的減搖裝置是通過兩側(cè)的減搖鰭片起作用的。減搖鰭片的橫截面一般是機(jī)翼形,當(dāng)水流流過鰭片時(shí)對(duì)鰭片產(chǎn)生一個(gè)升力,兩側(cè)的升力共同對(duì)船產(chǎn)生一個(gè)恢復(fù)力矩,克服由于風(fēng)浪對(duì)船產(chǎn)生的傾斜力矩,達(dá)到減搖目的。馬格努斯減搖裝置用旋轉(zhuǎn)的圓柱體代替通常的鰭片。當(dāng)圓柱體旋轉(zhuǎn)時(shí),由于馬格努斯效應(yīng)易產(chǎn)生恢復(fù)力矩,如圖所示。馬格努斯減搖裝置的優(yōu)點(diǎn)是制造簡單,效率高,對(duì)船舶產(chǎn)生的阻力小和容易收放。比不僅可以降低造價(jià),而且可以提高效率。目前的計(jì)算表明這種馬格努斯螺旋槳要比常規(guī)螺旋槳產(chǎn)生的推力大一倍。如果這種計(jì)算在實(shí)船上證明是正確的，那么主機(jī)功率可減小一半,節(jié)能效益十分顯著。,4.馬格努斯螺旋槳,馬格努斯螺旋槳1912年己有專利。圖表示了馬格努斯螺旋槳與導(dǎo)流管結(jié)合的一種裝置。它用旋轉(zhuǎn)的圓柱體來代替常規(guī)的螺旋槳葉片,利用導(dǎo)流管內(nèi)的齒條和主機(jī)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)圓柱體。實(shí)驗(yàn)表明:這種螺旋槳與常規(guī)螺旋槳相示了馬格努斯螺旋槳與導(dǎo)流管結(jié)合的一種裝置。它用旋轉(zhuǎn)的圓柱體來代替常規(guī)的螺旋槳葉片,利用導(dǎo)流管內(nèi)的齒條和主機(jī)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)圓柱體。實(shí)驗(yàn)表明:這種螺旋槳與常規(guī)螺旋槳相比不僅可以降低造價(jià),而且可以提高效率。目前的計(jì)算表明這種馬格努斯螺旋槳要比常規(guī)螺旋槳產(chǎn)生的推力大一倍。如果這種計(jì)算在實(shí)船上證明是正確的,那么主機(jī)功率可減小一半,節(jié)能效益十分顯著。,5.發(fā)電機(jī),馬格努斯效應(yīng)發(fā)電機(jī)有兩種基本類型:水軸式和垂直軸式。水平軸式是弗萊特納在20年代中期發(fā)明的,并且取得了一定的成功。圖是伯格(Borg)提出的一種水下垂直軸式發(fā)電機(jī),這種裝置可以利用潮水或水流發(fā)電