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明輪
鎖定
明輪,又稱明輪推進器,是船舶的一種推進工具,利用明輪轉動帶動葉片撥水來推進船舶。明輪推進器與槳、櫓等推進工具相比,前進一步,但是,它結構笨重、效率低,特別是遇到風浪中,所以,明輪推進器後來被螺旋槳所代替。
- 中文名
- 明輪
- 外文名
- paddlewheel
- 又 稱
- 明輪推進器
- 解 釋
- 船舶的一種推進工具
- 缺 點
- 結構笨重、效率低
明輪定義
安裝於舷側的明輪叫邊輪,安裝於船尾的叫尾輪。邊輪增大船寬,對橫穩性有利,但在風浪中不易保持航向。尾輪適用於狹窄航道。
明輪歷史
19世紀初期,蒸汽機被用作艦船動力。在海軍進入熱動力時代的前40年,明輪推進是蒸汽艦船採用的主要推進方式,這一時期的蒸汽船外觀上的兩大特徵,便是冒着滾滾黑煙的煙囱和中部2個巨大的明輪推進器。
明輪推進器的前身是人力或畜力帶動的輪槳,它的歷史長達3000年,歐洲地中海地區和中國的造船工匠們都各自獨立設計出了輪槳,在公元3世紀,輪槳戰船組成的水師曾馳騁尼羅河和長江,幾次著名的古代水戰中,都有輪槳戰船的身影。明輪之所以成為第一種蒸汽動力的推進裝置,是因為它的設計簡單,只需要在輪槳的基礎上稍加修改,製造也較為簡便,符合當時人們的直線思維,但明輪推進的缺點也是顯而易見的。明輪佔據了寶貴的舷側火炮放列面積,推進效率也偏低。因為明輪槳葉划水產生的反作用力不能完全轉化為艦船的推進力。在明輪的前緣,槳葉將海水向後下方推出,在明輪的後緣,槳葉將海水向後上方推出,相當大一部分主機的動力被浪費於將海水上揚或下推的過程中。
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明輪分類
明輪根據佈置位置,分為舷側明輪和船尾明輪,舷側明輪裝在船舶舷側部位;船尾明輪裝在船尾。它們都是用蒸汽機來帶動明輪,使其轉動,推進船舶。
明輪根據槳板形式分為明輪有定蹼式和動蹼式兩種。
明輪定蹼式明輪
明輪動蹼式明輪
明輪工作原理
最典型的直接作用式推進器是帆,它通過轉換風能成為推動船舶前進的作用力。反作用式的推進器即包括了各種現代形式的推進器,如螺旋槳,明輪,擺線式推進器,噴水推進器等,其原理是由於推進器對船舶運動方向相反的方向的反作用,導致排出水流的運動量增加而產生的脈衝力。
明輪的工作原理類似划槳的原理,起初是在明輪上安裝固定式的長方形划水槳板,槳板以同樣的角度分佈在輪子的周圍,即定蹼式明輪。定蹼式明輪具有結構簡單且牢固的優點,但定蹼明輪必須要有很大的直徑和較低的轉速才能達到較高的效率,當定蹼式明輪轉速逐漸增大時,推力和轉矩的波動也越大,而在低轉速時則可以產生較平穩推力和轉矩。動蹼式明輪通過蹼板和輪體自身以鉸接的方式相連,再連接偏心環(EccentricStrop)作複合運動
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。通過採用可以活動的動蹼,蹼板垂直入水、出水的程度比定蹼式明輪高,因此明輪的直徑可以降低定蹼式明輪的 2 倍或更多,動蹼對於相對較小的明輪直徑和較深的浸深有較高的效率,其效率可以接近於當螺旋槳直徑受到吃水和水深限制時的效率,比定蹼式明輪大約高出 10%
[5]
。然而,對於使用直徑大的明輪,若相對浸深並不是太大,此時通常採用定蹼式明輪以替代動蹼式。通常在有吃水限制的航道中採用動蹼式明輪,在吃水限制要求不高的航道中採用定蹼式明輪。動蹼式明輪蹼板的寬度大約在蹼板長度的 20-25%之間
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。
由於動蹼式明輪藉助偏心裝置控制調節了蹼板出水和入水的角度,減緩了定蹼式明輪蹼板入水時的衝擊現象和出水時的舀水作用,其在較高轉速時仍然可以產生相對較穩定的推力和轉矩。
明輪明輪的應用
使用明輪作為推進器的船舶,稱為明輪船。明輪船是船舶發展史上的一個重要的階段,它應用於各種不同用途與功能的船隻上。總的來説,明輪船可以用於戰爭船艦、商業貿易、客貨運輸等等眾多方面。明輪船已經退出歷史舞台,主要用於商業旅遊與歷史展覽等。
美國的克萊蒙特號明輪船是世界上最早出現的蒸汽機輪船,它就是一艘明輪船。船舶用上蒸汽機,出現蒸汽機輪船是船舶動力發展史上革命性演變。世界上第一艘蒸汽機輪船是由美國發明家富爾頓製造的,他在1802年春天,在法國建造第一艘蒸汽機輪船,停泊在塞納河上,一場風暴就把它折斷。富爾頓沒有因此止步,他又重建了一艘蒸汽機輪船,命名為“克萊蒙特”號。
克萊蒙特號輪船船長45.72米,寬9.14米,船上裝有蒸汽機,用明輪來推進。1807年,“克萊蒙特”號在美國哈德遜河上試航,獲得成功,它以每小時6.4公里速度,航行91.4公里。從此,美國哈德遜河上開闢定期航班,標誌了蒸汽機輪船正式投入使用。
到了19世紀60年代,明輪船被裝着螺旋槳的先進蒸汽船淘汰。
- 參考資料
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- 1. 盛振邦,劉應中,船舶原理:上海交通大學出版社,2004:3-6.
- 2. 潘夢蕾. 艦船推進器的演變[J]. 現代艦船, 2008(3).
- 3. 黃渙青. 內河小型清潔船明輪推進研究[D]. 江蘇科技大學, 2013.
- 4. 楊月琳,尚士友.水草收割機明輪推進器的建模與仿真分析[J].農機化研究,2009,9(9):14-17.
- 5. 哈瓦爾特著,黃鼎良等.譯船舶阻力與推進[M].大連:大連理工大學出版社,1989:263-264
- 6. Tony Molland. Maritime Engineering Reference Book [M]. Amsterdam: Elsevier, 2008: 357-359