问你一个问题,你知道船只尾部的螺旋桨是几个叶片吗?三个?四个?
其实这个问题并没有一个统一的答案,因为不同的舰船,螺旋桨叶片的数量是不同的,即便是同一种舰船,船尾螺旋桨叶片的数量也并没有一个统一的标准。那么,一艘船的螺旋桨到底要装几个叶片,是根据什么决定的呢?在解答这个问题之前,先让我们来思考一个基本的问题,那就是螺旋桨是如何推动船只前进的?这个问题看似很好回答,当然是依靠向后退水所产生的作用力与反作用力了。不过这只是正确答案的一部分,还有另一部分,就是伯努利原理。
根据伯努利原理,流体的运动速度越快,压强就越小,反之运动速度越慢,压强就越大。
飞机能够飞上天就是利用了这一原理,通过对飞机机翼上下表面形状的设计,在机翼上下表面制造出空气流速差异,从而产生压力差,这便是升力的来源。空气是流体,水当然也是流体,所以船只的螺旋桨也利用了相同的原理。螺旋桨本身存在着一定的曲率,这使得螺旋桨在转动时,前面的水流速度快,后面的水流速度慢。
于是,螺旋桨前面低压区的水就会被吸入到螺旋桨后面的高压区,再高速喷出之后,便产生了推动船只前进的反作用力。
由此可见,船只前进的速度就是由螺旋桨转动产生的推力大小决定的,那么推力又是由谁决定的呢?是由螺旋桨转动速度决定的,转动速度越快,前后压差就越大,产生的推力自然也就越大。但是,发动机的功率是有限的,所以螺旋桨的转速自然也是有限的。如此说来,只需要制造更大功率的发动机不就可以提升船只的速度了吗?没有这么简单。
随着螺旋桨转得越来越快,螺旋桨后前方的压力会越来越低,于是水的沸点也就会越来越低,以致最终螺旋桨前方的水会开始沸腾。
沸腾会产生大量的气泡,这些气泡随后会破裂释放出大量的能量,对螺旋桨造成破坏,久而久之螺旋桨就会损坏,这就是空泡现象。由此可见,螺旋桨是不能转得太快的。不能提高转速,如何提升推力呢?自然就是增加叶片的数量。多了一个叶片,就多了一份推力,船只的速度自然也就更快了。
不过船用螺旋桨的叶片也不是越多越好。
首先一个原因就是效率低,相同转速下,装两个叶片的推力并不能达到一个叶片的两倍,如果继续增加叶片,推力的增加量还会继续降低。这是因为前一个叶片扰动的水流还没有恢复,下一个叶片就到了,所以推水的效率也就会下降,叶片的数量越多,下一个叶片到来的速度就越快,效率也就越低。另一个原因是推力不会凭空产生,它本质上依靠的是发动机的功率,所以在发动机功率相同的情况下,叶片越多,螺旋桨的转速就越慢。最后,叶片多也会增加额外的阻力。
综上所述,螺旋桨叶片的增加,有好处也有坏处,因此到底要装几个叶片,必须根据使用需求来决定。
比如潜艇后方的叶片数量就很多,可以达到七八片,这是因为对于潜艇来说,隐蔽就是首要考虑因素,而采用多叶片、低转速的策略,就可以最大限度减少航行时的噪音。对于大型游轮和货轮来说,噪音什么的都不是问题,速度就是第一考虑要素,所以螺旋桨的叶片数量大多维持在三到四个。
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