1、主講人：,馬格努斯效應在船舶上的應用,馬格努斯效應的定義：當一個旋轉物體的旋轉角速度與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相互垂直的方向上將產(chǎn)生一個橫向力，在這個橫向力作用下物體飛行軌跡發(fā)生偏轉的現(xiàn)象稱作馬格努斯效應。,馬格努斯效應簡介,早在本世紀20年代，就有人開始考慮將馬格努斯效應應用在船舶上，但是進展不大，70年代石油危機以后，人們又重新對其在船舶上的應用產(chǎn)生了興趣，主要有以下幾個方面：,馬格努斯效應在現(xiàn)代船舶上的應用,轉柱舵 風筒推進裝置 減搖裝置 馬格努斯螺旋槳 發(fā)電機,1.轉柱舵,轉柱舵是根據(jù)馬格努斯效應而設計的一種新型舵。它由一個具有圓形端板的圓筒

2、取代普通舵的舵葉,如圖所示。船舶在航行中 ,當圓筒在原動機的帶動下旋轉時,圓筒將受到馬格努斯效應力的作用,船舶在這個力的作用下轉向。圓筒倒轉時,力的作用方向相反,轉柱舵具有以下優(yōu)點：,性能上： 轉柱舵比普通舵具有更好的流體動力特性?，F(xiàn)有資料表明,當圓筒的圓周 速度為來流速度的4倍時,其升力與阻力之比約為9:1;而對普通舵來說,在滿舵時,其升力與阻力之比不到2,1。因此,轉柱艙不會象普通舵那樣在大舫角下增加船舶力。由于轉柱舵的轉船力矩與水流的一次方成正比,而普通舵的轉船力矩與水流的二次方成正比,因此轉柱舵與普通舵相比,在低速下更有效。普通舵倒骯時操縱性都會變壞。而轉柱舵倒航時,其流體的動力特性變

3、化不大,因而其操縱 性仍然 十分有效。 結構上: 轉 柱舵 的外形 為圓 柱休,水流對 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 其強度 和 剛 度方面都 優(yōu)于普 通舵,制造和 維修也 較方 便。 控 制上: 轉柱舵 的 轉向和 轉速 可 以 由變速 電機或 液壓 馬達來控 制和 驅(qū)動,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 柱舵原 動機僅 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 功 率。,

4、2.風筒推進裝置,馬格 努斯效 應首先 在推 進裝置方 面得 到 了實際 應用。1 9 2 4 年,一 名叫弗萊 特納 ( Antonl Fette r) 的 德 國企業(yè) 家將兩 個 直 徑 為3米,高1 3 米的 圓 柱體裝在 4 6 0 噸的“巴考”( Bueka u)號 上,取 代原 船上 的帆,以 4.4千 瓦 的發(fā)動機帶動圓柱體 旋 轉,借助風 在旋 轉的 圓筒上產(chǎn)生 的推 力,成功 地從 漢堡 橫渡大西 洋 到達 紐 約。圖 所 示是 2 0 年 代 另一艘 名叫“巴 拉 巴 拉”Barba ra ) 號 的船,上 面裝 有三個 圓 筒。,風筒推 進裝置 除了 能節(jié)省能源外還 具有

5、單位推力 投 資低,結構簡單,易 于 操作和 控制 等優(yōu)點,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 的進展。,3.減搖裝置,通 常的減搖裝 置是通 過 兩 側的 減搖鰭 片起作 用 的。減搖鰭 片 的橫 截面一般是 機翼形,當水 流流 過鰭片 時對 鰭片 產(chǎn)生一個 升力,兩 側 的升 力共 同對船 產(chǎn)生一 個恢復力矩,克服 由于風浪對船 產(chǎn)生的傾 斜力矩,達到減 搖 目 的。 馬格努斯減 搖裝 置用旋 轉的圓 柱體 代替通常 的鰭 片。當圓柱體旋 轉時,由于馬格 努斯 效應 易產(chǎn)生 恢 復力 矩,如 圖 所示。馬格 努斯 減搖 裝 置的

6、 優(yōu)點是 制造 簡單,效率 高,對船 舶產(chǎn)生的 阻力小 和 容易 收放。比 不 僅可 以 降 低造價,而且可 以 提高效 率。目前 的 計算表 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 這種計算 在實船上證 明 是正確 的，那 么主 機功 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1 9 1 2年 己 有專利。圖 表示 了馬 格努斯螺 旋槳與導 流管結 合 的 一 種 裝置。它用 旋轉 的 圓 柱體來 代替常規(guī) 的 螺旋槳 葉片,利用導 流管 內(nèi)的齒條 和主機 傳 動 軸驅(qū) 動圓柱體。實驗表 明:這種螺 旋槳與常 規(guī)螺旋槳

7、 相示 了馬 格努斯螺 旋槳與導 流管結 合 的 一 種 裝置。它用 旋轉 的 圓 柱體來 代替常規(guī) 的 螺旋槳 葉片,利用導 流管 內(nèi)的齒條 和主機 傳 動 軸驅(qū) 動圓柱體。實驗表 明:這種螺 旋槳與常 規(guī)螺旋槳 相比 不 僅可 以 降 低造價,而且可 以 提高效 率。目前 的 計算表 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 這種計算 在實船上證 明 是正確 的,那 么主 機功 率可 減 小一 半,節(jié)能 效益十分顯 著。,5.發(fā)電機,馬格努斯 效應發(fā) 電機 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2 0 年代 中期發(fā) 明 的,并且取 得 了一定 的成功。圖是伯 格 ( Bo r g ) 提 出 的一種 水下 垂直軸式發(fā)電機,這種 裝置可 以 利用潮 水或水流 發(fā)電。,馬 格努斯效應