1. 基本工作原理：它如何产生推力？
2. 核心组成部分：由哪些关键部分构成？
3. 关键性能参数：衡量螺旋桨好坏的标准是什么？
4. 不同类型与应用：为什么会有那么多样的螺旋桨？
5. 材料与制造：用什么材料做的？如何制造？
6. 常见问题与维护：会发生哪些故障？如何保养？

基本工作原理：旋转的翅膀

您可以把螺旋桨想象成在水里旋转的翅膀。

• 机翼原理：当机翼（比如飞机机翼）在空气中运动时，上表面形状特殊，空气流速快，压强小；下表面空气流速慢，压强大,这个压强差就产生了向上的升力。
• 螺旋桨的“升力”是推力：螺旋桨的叶片（桨叶）也具有特殊的翼型剖面，当发动机带动螺旋桨高速旋转时，桨叶切割水流，就像机翼切割空气一样，水流在桨叶的压力面（迎水面）流速慢、压强大；在吸力面（背水面）流速快、压强小。
• 产生推力：这个压力差就形成了一个持续向前的力，这个力就是推力，正是这个推力,推动轮船克服水的阻力前进。

简单总结：旋转的桨叶 → 桨叶上下产生压力差 → 形成向前的推力 → 推动船舶前进。

核心组成部分

一个典型的船用螺旋桨主要由以下几个部分组成：

• 桨叶：这是产生推力的核心部分，通常有3、4、5片甚至更多，桨叶的形状、角度（螺距）和面积都直接影响推力大小和效率。
• 桨毂：位于中心，用于连接所有桨叶，并将来自主机的扭矩传递给桨叶，它是一个坚固的“枢纽”。
• 毂盖：有些螺旋桨（如导管螺旋桨）在桨毂外有一个流线型的盖子，可以改善水流,提高效率。
• 尾轴/推力轴：连接主机和螺旋桨的长轴,将发动机的旋转动力传递给螺旋桨。

关键性能参数

• 螺距：这是螺旋桨最重要的参数之一，它指的是理论上，螺旋桨旋转一圈，它应该向前推进的距离。
  • 固定螺距螺旋桨：螺距是固定不变的,就像一个固定的螺丝。
  • 可调螺距螺旋桨：桨叶可以围绕一根垂直于桨毂的轴转动，从而改变螺距，这使得船舶可以在不改变主机转速的情况下，实现前进、停止、甚至倒车，操纵非常灵活，常用于工程船、拖轮和渡轮。
• 直径：螺旋桨旋转时，桨叶最外端画出的圆的直径，在功率允许的情况下，直径越大,效率越高。
• 盘面比：所有桨叶展开面积之和与螺旋桨旋转盘面积之比，盘面比大的螺旋桨，叶片宽而短，适合推力大但航速不高的船舶（如拖轮），盘面比小的螺旋桨，叶片窄而长，适合高速航行的船舶（如邮轮）。
• 叶数：桨叶的数量，叶数越多，推力越平稳，振动越小,但效率可能会略有降低。

不同类型与应用

为了适应不同船舶和工况,科学家和工程师设计了各种类型的螺旋桨：

• 常规螺旋桨：最常见的一种，用于绝大多数商船、客轮、货轮。
• 导管螺旋桨：在螺旋桨外围增加一个机翼形状的导管（套筒）。
  • 优点：能提高推进效率，特别是对于拖轮、拖网渔船等需要“大推力、低航速”的船舶，导管能约束水流,防止能量损失。
• 可调螺距螺旋桨：如前所述，桨叶角度可调,操控灵活。
• 对转螺旋桨：安装在同一根轴上，但旋转方向相反的两个螺旋桨。
  • 优点：效率极高，能最大限度地吸收主机功率，常用于军舰、破冰船和大型油轮。
• 吊舱式推进器：这是近年来非常先进的技术，它将电动机直接集成在一个吊舱（一个可以360°旋转的“水下舵房”）里，螺旋桨就安装在吊舱前端。
  • 优点：
    1. 极高的机动性：通过转动整个吊舱即可实现原地转向，像“水下发动机”一样，非常适合邮轮、科考船和动力定位平台。
    2. 节省空间：省去了长长的传动轴系,可以优化船体内部布局。
    3. 效率高、噪音低。

材料与制造

螺旋桨的工作环境非常恶劣，需要承受巨大的水动力、腐蚀和磨损,对材料要求极高。

• 常用材料：
  • 不锈钢：最常用，强度高、抗疲劳、耐腐蚀性好,适用于几乎所有类型的船舶。
  • 镍铝青铜：强度和韧性极佳，抗空泡腐蚀能力特别强，常用于大型、高功率的船舶和军舰。
  • 锰铁黄铜：成本较低，耐腐蚀性尚可,常用于内河船或小型船舶。
  • 复合材料：如碳纤维增强聚合物，重量极轻，能有效减轻转动惯量，提高推进效率，但成本高,目前多用于高速游艇和特种船舶。
• 制造工艺：
  1. 铸造：将熔化的金属浇入模具中,形成毛坯。
  2. 锻造：对于高性能螺旋桨，会先通过锻造形成致密的金属块，再进行机械加工,以获得更好的强度和韧性。
  3. 数控加工：使用五轴联动等高精度数控机床对毛坯进行精细加工,确保桨叶复杂的曲面形状和尺寸精度达到设计要求。

常见问题与维护

螺旋桨是船舶的“心脏”,但也容易出现问题。

• 空泡现象：当螺旋桨转速过高或负载过大时，桨叶背面局部区域的压力会降低到水的“饱和蒸汽压”，导致水汽化形成气泡，这些气泡在高压区破裂时，会产生巨大的冲击力，导致桨叶表面出现点状、蜂窝状的凹坑和侵蚀，这就是“空泡腐蚀”，它会严重损害桨叶,降低效率。
• 腐蚀与磨损：海水的盐分、电化学腐蚀以及水中的沙石等杂质都会对桨叶造成腐蚀和磨损。
• 变形与损坏：在水下意外撞击到礁石、渔网、漂浮物等，会导致桨叶弯曲、变形甚至断裂。
• 异物缠绕：渔网、绳索、塑料袋等很容易缠绕在桨毂和桨叶上，增加阻力,甚至损坏主机。

维护措施：

• 定期检查：在坞修时，对螺旋桨进行彻底的检查，查看有无裂纹、腐蚀、变形。
• 清洁：清除附着在桨叶上的海洋生物（如藤壶、海藻）。
• 修复与更换：对于轻微损伤，可以进行焊补和打磨修复，对于严重损伤,则需要更换新的螺旋桨。

轮船螺旋桨是一个集流体力学、材料学、精密制造于一体的复杂系统，从最简单的固定螺距桨，到高度智能化的吊舱推进器，它的发展历程也反映了船舶工业的不断进步，一个设计精良、保养得当的螺旋桨，是船舶高效、安全、经济航行的根本保障。