中国打造世界最大螺旋桨!直径12.5米重480吨,那么大有什么用?
你知道世界上最大的螺旋桨有多大吗?
我国镇江瓦锡兰螺旋桨公司制造的螺旋桨,堪称世界上最大的螺旋桨,直径达12.5米,重达480吨。

那么这么大的螺旋桨是如何生产的呢?螺旋桨是不是越大越好呢?这么大的螺旋桨有什么用?
什么是螺旋桨?
首先需要介绍一下螺旋桨,轮船由发动机提供动力,带动螺旋桨桨叶快速旋转,产生前进动力,推动轮船前行,螺旋桨通常由两个或者多个桨叶与叶毂组成。
桨叶绕轴承旋转时,顺着轴线方向的速度是稳定的,而垂直于轴线的桨叶,速度随着半径位置不同各不相同,螺旋桨各剖面在阻力较大的位置工作,可以获得更大的动力。

因此在气流阻力大的桨尖位置,设计桨叶弧度较小,而在桨跟位置,情况相反,设计桨叶弧度较大。
同时为了使用各剖面随着气流阻力变化随时都处于有利位置,设计各桨叶不同位置随着轴距增大逐渐减小,整根桨叶从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大,看起来像被一样被扭转了一样。常见的螺旋桨叶有机翼形切面、梭形切面、月牙形切面等。

很多人认为轮船的螺旋桨桨叶数量越多越好,越大越好,其实这是不对的,这是有前提条件的,是由发动机功率决定的。一般情况螺旋桨的发动机输出功率大小与桨叶直径大小、数目成正比。
直径越大,桨叶越多,发动机可输出功率越高,因此在结构允许的情况下尽可能选择直径大、桨叶数量多的螺旋桨,但是也不是越大越好。

当桨叶越大时,产生的阻力也越大,而发动机输出功率一定的情况下,桨叶数量越多,会导致每个叶片无法充分旋转产生足够的推动力,而且叶片数量增加也会导致阻力加大,反而增加了能源消耗,降低了动力转化,限制了轮船的最高速度。
而桨叶数量过少,会导致桨叶飞速旋转,过高的转速会产生空泡现象,即螺旋桨导致转速过快,导致螺旋桨前面压力降低,导致海水的气化,会产生大量的气泡,气泡破裂后会造成周围压力突变,发出噪声,对螺旋桨和船体表面产生冲击损失,同时导致阻力加大,影响到螺旋桨转速。

对于大体积船舶制造螺旋桨前,都需要科学的理论研究,包括前期的数字化设计,后期的计算机模拟试验,实体模型验证都是需要反复论证。
要考虑轮船发动机输出功率,不同状态下海水对螺旋桨的阻力,极端不利情况下的操作,综合成本等各类状况,在加工难度、生产成本、静动平衡及推进效率之间取平衡后,最终得出最佳设计,然后方可开始建造。

向着世界上最大螺旋桨进发
要建造大型螺旋桨,首先就是要选择合适的螺旋桨材料,螺旋桨在海水中长期浸泡,需要能抵抗海水的侵蚀性,而且海中浮游生物众多,大量的藻类、贝类等附着在船桨上会导致清理难度增大,因此选对材料很重要。
其次,大型螺旋桨的桨叶数量、大小、扭矩、螺旋角度等这些参数都至关重要,每一项都会影响到轮船动力输出,因此设计难度极大。
然后,螺旋桨表面曲线多,线条复杂,扭矩要求精度高,工艺加工难度极大,而且需要特殊的高精度车床加工。最后这么大的桨叶制造出来后,如何拼装也是问题。

在过去我国工业基础差,没有高精度车床,更没有计算机模型软件技术,无法加工出大型的螺旋桨,轮船业发展受限制,严重依赖外来进口,德日等国家更是实行技术封锁,国产高端的大型舰船用螺旋桨一直难以得到实质性发展。
而后国家大力扶持,一系列的科技企业如雨后春笋般拔地而起,新型材料加工,大型机床设备加工技术,计算机软件技术等技术难题相继被攻克,我国已经具备了制造大型螺桨的基本条件。

这时候中国镇江的中船瓦锡兰螺旋桨公司挺身而出,科研专家历经上千个日夜的刻苦钻研,终于打破日德等外国企业技术壁垒,研制出新型的七轴五联动数控机床。
将电脑编程与机械加工高度结合,实现自动化高精度加工,将加工精度误差大大消除,加工效率提高,节省了时间和成本,制造出的螺旋桨整体质量和性能位于世界前列。

就是利用这台自主研发的机器打造出世界上最大的螺旋桨,直径在12米,重达480吨,高度差不多有4层楼那么高,用于中国最新的40万吨超大型运砂船,这种巨轮体积是一般航母的几倍。

这台最大的螺旋桨一改过去传统的青铜锌锡合金、锰青铜、铸铁、不锈钢材质,而是采用国际主流的镍铝青铜合金。
铜合金具有耐腐蚀性,长期浸泡也不会生锈,同时有微量的毒性,海藻等浮游生物不会附着在其上,能保持几十年光亮如初,清理方便。同时适合加热、扭曲、切割等加工工艺,对刀具损耗小,容易加工。硬度和延展性好,轻易不会变形。

螺旋桨采用高精度一次浇铸成型工艺,拼接没有采用过去的环氧树脂粘连法、机械键拼接法,而是采用先进的液压无键连接技术,利用高压油对螺旋桨进行拼接,既可以保证安装质量,不会对拼接处造成损害,又能充分发挥桨叶的动力,安全可靠。
最后对螺旋桨进行打磨处理,先用铣床打磨光亮,然后人工抛光处理,最后亮到发光的大型螺旋桨就横空出世了。毫无疑问,这又是顶尖科技的完美展示,没有过硬的工业制造技术是无法完成这项浩大的工程。这是中国制造的又一次完美亮相。

结语
大型螺旋桨应用领域多种多样,是大型油轮、远洋货船、客轮等不可或缺的部分,助力中国船舶业、能源开发、海洋探索等领域进步,实现中国船舶运输业腾飞。
螺旋桨不在依赖进口,完全自主生产的大型螺旋桨帮助船舶增大动力,减少能源消耗,低噪音,大大节约成本,出色的性能和优异的品质更是被大国重器航母采用,彰显中国制造的实力。

看似简单的螺旋桨,实则是无数高精尖技术发展构成,正是在计算机软件、高精度数控机床、合成材料等领域的相继突破,大型螺旋桨的研制才水到渠成,而大型螺旋桨带动的造船工业的飞速发展才能实现航母的顺利下海,环环相扣,积小成多,螺旋桨发展的一小步,却是中国自主制造的一大步。
参考文献:
震惊世界!中国全球最大螺旋桨问世,能否造出比003更大的航母 - 知乎 (zhihu.com)
重量超400吨,直径是美航母2倍?全球最大螺旋桨,中国搞定了|潜艇|船舶|传动轴|现代_网易订阅 (163.com)
螺旋桨(将发动机转动功率转化为推进力的装置)_百度百科 (baidu.com)
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