舰艇静力学：解密伴流成因

船对螺旋桨的影响表现为伴流。舰艇向前航行时，船体会扰动周围的水流，使其产生运动，形成一种伴随船体的扰动速度场。船体周围的这种扰动速度场即称为伴流。其实，船体的伴流是一种围绕船体的空间三维流场，由于本章关注的是船体对螺旋桨的影响，所以此处的伴流特指船后螺旋桨盘面处的伴流，而且，螺旋桨盘面的伴流速度存在轴向、周向和径向三个方向的分量，其中，轴向伴流速度比周向和径向伴流速度要大得多，对螺旋桨的水动力性能影响也最大，所以是研究的重点。对伴流速度的方向通常是这样规定的：如果伴流运动方向与舰艇的航向相同，这种伴流称为正伴流，反之称为负伴流。

根据伴流产生的原因可将伴流分为势伴流、摩擦伴流和兴波伴流。

舰艇在水中运动时，靠近舰艇艏部的水流会被向前运动的船体推开，靠近舰艇艉部的水流具有填充船体向前运动后产生的空间空缺的趋势，所以船体扰动在周围形成的流线分布如图12-1所示，这种船体伴流就是势伴流，可见，舰艇艉部的势伴流速度一定为负值。

图12-1　船体周围的流线

由于黏性的影响，舰艇在水中航行，会在船体与水接触的表面外形成边界层，并且在船艉形成黏性艉流，从而带动水流产生与舰艇航行方向相同的速度（见图12-2），此即为摩擦伴流。摩擦伴流速度一定为正值。船体两侧的边界层较薄，并且沿船体表面法线向外摩擦伴流速度迅速减小，但船体艉部的黏性艉流具有一定的厚度，布置在船体中线面上的船后螺旋桨主要受这种伴流的影响。(www.xing528.com)

图12-2　船体边界层与黏性艉流

舰艇在海面航行会兴起波浪，波浪的传播方向与舰艇航向相同，而波浪的本质是水质点的轨圆运动，所以也是由船体干扰产生的水流运动，称为兴波伴流。由于处于波峰的水质点的轨圆运动恰好与波浪传播方向相同，而波浪传播方向又与舰艇航向相同，所以波峰的兴波伴流是正伴流；同理，波谷的兴波伴流是负伴流。可见：若船后螺旋桨处于波峰，则兴波伴流速度为正值；若船后螺旋桨处于波谷，则兴波伴流速度为负值。

势伴流、摩擦伴流和兴波伴流叠加起来就是总的伴流。船后螺旋桨所处的位置是一个盘面，舰艇的伴流是一个不均匀的速度场。目前对螺旋桨盘面伴流速度的处理还是先采取平均的方法，然后对不均匀的影响进行一定的补充考虑。