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船舶推進器的發展
本文總結概括了船舶推進器的演變歷史，分析了各時期推進器的發展狀況，簡單介紹了幾種新型推進器，展望了推進器的前景。
摘 要：推進器是船艇的關鍵部件，是能量轉化的設備，是將主機發出的能量轉化成船艇推動力的設備。提高推進器性能，開發高性能推進器一直是船艇推進器研究領域的主要方向。自從19世紀初期螺旋槳作為一種實用推進器被應用于船艇，一直到現在人們以螺旋槳為核心發展了各種推進器形式：如吊艙推進器、導管槳、泵噴推進器、對轉槳、泵噴推進器，同時也產生了替代螺旋槳的推進方式的推進器：如噴水推進和超導磁流體推進等。
關鍵詞：船舶;推進器;展望
1 、船艇推進器的演變
從推進器的誕生到現在，經過人們的探索與研究，船艇推進器的發展已經逐漸向高性能的方向靠近，從古到今，推進器的形式逐漸增多。
1.1 原始推進
原始推進主要包括人力、畜力和風力推進。這種推進技術應用于獨木舟和木板船的時代，其效率低、穩定性差、降低了船舶的總體性能。自19世紀末第一艘鋼船誕生后，原始推進技術也逐漸被機器推進所取代，船舶行業開始進入以鋼船為主的時代。
1.2 螺旋槳推進器
螺旋槳推進器可分為普通螺旋槳、導管螺旋槳、可調距螺旋槳、串列螺旋槳和對轉螺旋槳。
1)普通螺旋槳的結構最為簡單，船舶在低速航行下效率較高。因此普通螺旋槳的制造工藝較為簡單、安裝方便，但其在推進過程中會存在相當多的能量損失：
①軸向誘導速度的損失。
②周向誘導速度的損失，也可以稱為水流扭轉損失。
③剖面阻力損失，即運轉時水與槳葉的粘性摩擦作用而產生的損失。
2)導管螺旋槳也叫做套筒螺旋槳，它是將一個環形的套筒加在螺旋槳的外圍，分為加速型導管(收縮管)和減速型導管(擴張管)。
優點：
①船舶的螺旋槳載荷較大時，效率比較高。
②船舶在航行時，導管螺旋槳受外界情況變化影響較小。
③導管對螺旋槳起到一定的保護作用。
缺點：
①在倒車時，降低了船艇的操縱性。
②船艇在淺水區時，導管容易吸入沙石、雜物，遭到損壞。
3)可調距螺旋槳，主要應用于多工況船舶，能夠充分發揮主機效率，適應各種工況的變化，提高船艇的操縱性。
4)串列螺旋槳，是將兩只特定的螺旋槳安裝在同一軸上，并且轉速相同、方向相同。
5)對轉螺旋槳，是由兩個普通螺旋槳分別裝于同心的兩軸上，以相反的方向旋轉的一種推進方式，也叫做雙反轉螺旋槳。
1.3 噴水推進器
推進機構位于船內，利用噴射流體所產生的反作用力推動船舶前進的推進器。其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。
1.4 電力推進器
電力推進器主要由電站、配電板、變壓器、變頻器、推進電機、全回轉型推進器、服務系統、監控系統等組成。電力推進器的主要代表為吊艙式推進器，在下一章節中會有所詳細的介紹。
1.4.1 電站與配電板
電站由柴油發電機組和一套主配電板組成，通過柴油機發電供電給高壓電網再到中壓電網，為主要設備進行供電。中低壓配電板確保電力分配，經過變壓到變頻器再到推進電機，實現推進電機的動力供給。另外變壓器和高壓電纜的潔凈度、接地保護、中性點等都有嚴格的要求，要確保符合標準。
1.4.2 變頻器
變頻器主要是進行交流推進電機的控制或變速驅動。變頻器內部有冷卻單元，通過專用的外部淡水冷卻系統，經過內部熱交換器，將變頻器實現自我冷卻，除此之外，為了防止各種原因的漏水，設備還自帶漏水檢測傳感器。
1.4.3 推進電動機
是整個系統中的動力源，因需要大功率長時間的運轉，導致發熱嚴重，因此需供給外部冷卻水，且為了防止冷卻水在內部泄露，通常會安裝漏水檢測系統。
電動機的主要類型有：
1)交流電動機。由異步電動機和同步電動機兩種。異步電動機結構簡單，沒有電刷裝置;同步電動機氣隙較大，能夠承受沖擊，勵磁損耗小，功率因數可以為1。
2)永磁電動機。有多種不同結構的永磁同步電機，其功率范圍從幾百瓦到應用于船舶推進的幾兆瓦。永磁電機與常規電機相比具有功率密度高、轉矩密度高的特點，其構成的推進系統噪聲低、效率高、維護性好。
1.4.4 服務系統
主要包括：滑由單元、液壓油單元、淡水冷卻單元，泄放泵單元。滑由與液壓油單元主要為推進器設備服務;淡水冷卻系統為變壓器、變頻器、推進電機冷卻服務，泄放泵單元為推進器為多余滑由泄放服務。
1.4.5 電站管理及監控系統
1)電站管理系統是將控制器和可編程序控制器相連，通過預設好的管理程序，相互連接的計算機化的數字同步和負荷控制器，來實現PLC處理上層功率管理任務、啟動柴油機、發電機合閘、自動離閘、停機等。
2)監控系統。由推進器控制中心、推進操縱單元、舵角控制單元和報警、監視單元組成。
1.4.6 新型推進方式
例如模擬魚類游動的水下仿生推進器、超導磁流體推進器等。
1)各種模擬魚類游動的水下仿生推進器。是將仿生學與船艇推進技術相結合的一種新型推進技術，與傳統的推進器相比較，有著低噪音、低擾動、高效率等突出優點。
2)超導磁流體推進器。超導磁流體推進是用電磁力推進船舶運動的一種新穎船舶推進方式，它的設計概念比其它推進技術更為超前，不僅消除了傳統螺旋槳推進器產生的巨大噪聲，還可以抑制潛艇機械噪聲和流體動力噪聲的產生。超導磁流體推進器去除了一些傳統推進裝置的部分機構，減輕了總重量，受各類影響程度減小效率得到提高。
2、 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，在未來的十五至二十年后，全電力推進系統在民用遠洋船舶的使用率有望從10%升至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，仿生水下推進去將進一步向高速、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。
3、 結束語
進入21世紀以后，推進器船舶的發展和應用更是方興未艾，異彩紛呈。現代航運事業和軍事用途的驅動，要求現代船舶必須達到或維持高航速、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。現如今已經到了高性能復合船型發展的年代。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，船舶推進技術并將迎來廣闊的發展空間。
參考文獻：
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