船舶推進器的發展與展望

湯旭

【摘 要】船舶推進器是船舶中不可缺少的一種元件，它具有動力載體的作用，是一種可以把發動機中的能量轉化成船體前進動力的設備。基于此，本文首先將分析傳播推進器的發展與應用，然后分析船舶推進器的分類和工作原理，最后闡述了船舶推進器在未來的發展前景。

【關鍵詞】船舶推進器；發展；應用；分類；前景

在船艇中，推進器是非常重要的一種部件，它也是實現能量轉化的主要設備，能夠把主機所發出的能量轉化為船艇的推動力。長期以來，提高船舶推進器的性能、開發性能更好的推進器都是該領域主要的研究方向。從19世紀初期開始，螺旋槳一直被作為一種實用性很高的推進器應用在船艇中，直到現在，人們已經以螺旋槳為基礎開發出了各種不同類型的推進器，例如，吊艙推進器、導管槳、泵噴推進器、對轉槳、泵噴推進器等，并研發出了代替螺旋槳的推進器，如噴水推進與超導磁流體推進等。

一、推進器的發展和應用

1.1原始推進裝置

在古代，對于船體的推進通常使用人力推進、牲畜推進等比較原始的方式，后來，開始使用竹蒿撐著前進，但是，這種推進方式也僅僅適用于獨木舟、木板船時期，所以，它能夠應用的范圍非常小，工作效率也相對較低，船體的穩定性能與整體性能也相對較差。

1.2噴水推進器

推進機構在船體內部，利用噴射流體所產生的反作用力推動船舶前進的推進器。它的原理是利用水泵作為動力，將水從船底孔吸入，經過舷部的管子，把水從船后方向排出，依靠水的反作用力來使船舶行進。

1.3螺旋槳推進器裝置

從19世紀蒸汽機問世以后，船舶明輪推進器配合蒸汽機的使用在一段時期內取得了較好的效果，但隨著社會的不斷發展和進步，明輪推進器的效率低，明輪蹼板在較大作用力下的磨損問題逐漸顯現，科學家們開始研制，根據車輪的形狀聯想出簡單螺旋式槳葉的雛形，依據風車找到扭矩輸出，加上阿基米德螺旋泵，構成了最初的螺旋槳推進器?！?】為了證實螺旋槳推進器比明輪推進器具有更多方面的優勢，英國海軍還組織了相關的比賽，把推進力相當的采用明輪推進器的“愛里克托號”和螺旋槳推進器的“響尾蛇號”用粗繩將兩船船尾相連，讓他們反向行駛，“響尾蛇號”的螺旋槳飛速旋轉，“愛里克托號”通過蹼板撥水，但最終還是被采用螺旋槳設計的“響尾蛇號”拖走，這場比賽也就證明了螺旋槳的優勢，自此使用螺旋槳推進器也拉開了帷幕。到現在為止，螺旋槳推進器還是船舶推進的主要形式，科學家們根據使用的空間范圍對其進行各個方面的改進。

1.4風力推進裝置

隨著時代的不斷發展，人們開始借助自然界的風力條件進行推進，自此，風帆在較長一段時期內成為船舶的主要推進器，雖然利用風帆有其自身的優勢，節省了人力、物力，但風帆的劣勢也是顯而易見的，風向、風力都制約了船體的推力狀態，人對船體的操控力也受到限制，僅在一些公園游艇、小漁船上應用。但近些年來，由于石油能源的短缺，工業生產造成的環境污染（霧霾等）產生嚴重影響了人們的生活與健康，風力這種安全無污染、可持續利用的能源激發了人們從新使用風力推進的想法，節能船的研制與使用則會越來越廣泛。

二、船舶推進器的分類及工作原理

2.1明輪推進器

明輪推進器是局部入水工作的部件，它主要由明輪外圈、內圈、蹼板、支撐等幾部分組成，明輪推進器在工作過程中，電動機的動力帶動明輪旋轉，明輪外周蹼板以某個角度進出水平面，蹼板通過撥水產生的動力推動船體前進，按照蹼板安裝形式的不同，可分為定蹼明輪推進器和動蹼明輪推進器，具體如下圖1、圖2所示。

2.2常規噴水推進器

噴水推進器是利用水的作用力和反作用力推動船體前進的一種推進器。一般由水泵，吸水管，噴水管組成，水泵是動力源泉，水從船底部吸入，經過吸水管道，從船的后方將水排出去，依賴水的反作用力推動船體前進，但是這種噴水式推進器在設計時，它的管路受尺寸設計上的限制，工作起來效率比較低，所以一般使用較少。

2.3對轉螺旋槳

對轉螺旋槳又稱為雙反轉螺旋槳，將兩個常規普通型螺旋槳安裝在同心的兩個軸上，使它們的旋向相反的一種推進方式。這種方式可以促進后槳吸收前槳的能量，如果前后槳的配合較好，尾流中周向誘導速度則比較小，效率有時則能達到普通螺旋槳的10%；對轉螺旋槳采用的是相反方向旋轉推進形式，橫向穩定性好，一般魚雷推進器采用此種方式；對轉槳的葉面面積增大，相對來說，其負荷較低，從而可以避免空泡現象的產生?！?】優點和缺點是相對應的，對轉螺旋槳增加了結構的復雜性設計時，要充分考慮正反同心周傳遞功率；其制造工藝要求高、成本和維修的費用高、誤差的范圍比較小，從而使得制造的難度進一步提高。

三、新型船舶推進器的發展前景

綜合船舶推進器的各項性能來看，電力推進系統存在更多的優越性，在未來的15到20年以后，全電力推進系統在民用遠洋船舶的使用率有望從10%提高到50%左右。掌握船舶全電力推進系統的開發設計以及制造核心是一項技術變革，只有加快民用船舶電力推進系統裝備研究及產業化工作，才能在未來的市場競爭中占領制高點。

水下仿生推進器是隨著生物流體力學，仿生機電與神經元網絡控制等關鍵技術發展，仿生水下推進器將進一步向高速、高效、大載荷空間、高機動性、低噪聲以及長航程方向發展，將會逐步實用化。

四、結束語

總之，從21世紀初期開始，船舶推進器得到了進一步的發展和應用。而且，在現代航運事業與軍事用途的驅動下，現代的船舶必須要達到或者是始終維持著高航速、高適航、高穩定性、高操作性、高適用性和低能耗的高經濟性等性能指標。此外，目前已經是高性能復合船型發展的年代，在這個大背景下，世界高性能船舶的發展和運用在高新技術的推動下呈現出一派蓬勃的景象，所以，在未來，船舶推進器必定會迎來更加良好的發展前景。

【參考文獻】

[1]孫文林，王超，康瑞，王國亮.冰區航行船舶推進系統設計的若干考慮[J].船舶工程，2015（09）.

[2]王溢俊，王磊，蔣圳佯，陳詩洋.深水半潛平臺錨泊輔助動力定位系統錨鏈布置方式影響分析[J].實驗室研究與探索，2014（05）.