可调螺距螺旋桨

船舶特种推进装置

可调螺距螺旋桨（controllable pitch propeller，简称CPP）是一种船舶特种推进装置。通过设置于桨毂中的操纵机构，使桨叶能够转动而调节螺距的螺旋桨，称可调螺距螺旋桨或可变螺距螺旋桨，简称调距桨。采用调距桨的船舶，可以在不改变推进轴系的转向和转速的情况下，利用装置的遥控操纵系统，实现船舶的前进、后退、变速、停止等动作。

含义

可调螺距螺旋桨，又称“调距桨”。是指通过桨毂内置机构转动桨叶，使其与桨毂的角度发生变化，达到调节螺距以适应各种工（海）况的“螺旋桨”。调距可由船舶驾驶员在驾驶台上远距离操纵，以便在自由航行状态和拖曳航行状态下均能充分发挥主机功率，同时还可有较好的反向、加速和制动性能。

分类

通过设置于桨毂中的操纵机构，使桨叶能够垂直于桨轴绕转叶轴线转动而调节桨叶螺距的螺旋桨，称为可调螺距螺旋桨，简称调距桨。与常规的定螺距螺旋桨只能在设计工况下充分利用主机功率达到预期航速不同，调距桨可以通过改变桨叶螺距，在各种工况下都可以充分吸收主机功率，适应各种工况，机动性能好。常见于拖船、渔船、破冰船、布揽船、军舰等多工况使用船舶。

按转叶机构的形式来分类，可分为齿条式和曲柄连杆式，齿条式由于强度较弱，制造和调整比较复杂，故一般较少使用。

曲柄式转叶机构分曲柄滑块式和曲柄拉杆式，曲柄滑块式为常用的结构形式。

按调距机构的动力形式来分类，有液压、电机—机械、手动机械等形式，目前广泛使用的调距桨为液压式，液压式调距桨所用的伺服调距油缸大多置于桨毂内，也有集成置于轴系内的。

按桨毂与桨叶连接结构形式来分类：除少数采用径向轴承型（耳轴型）外，其它大多采用平面轴承型（法兰盘型）。

组成部件

典型的曲柄滑块式调距桨主要由桨毂组件、桨叶、轴内油管、配油器、液压系统单元、电控系统单元等组成。

基本理论

调距桨可在各种工况下充分发挥主机功率，其半径r处桨叶切面如图1，螺旋桨此时进速为V。如果此时船舶速度降低，螺旋桨进速为V'，若此时主机转速不变，则来流攻角加大，推力及旋转阻力随之加大，螺旋桨所需转矩超过主机额定转矩，此时螺旋桨处于“重载”状态，若是定距螺旋桨，则只能降低转速。对于调距桨，若此时转动桨叶，将切面的螺距角降为合适的θ'，可以使新工况下的旋转阻力F'和原工况下旋转阻力F相等，这样可以保证在转速不变的情况下，保持马力不变，使船舶在新工况下仍能发挥主机全部功率。

当船舶速度上升时，如果主机转速保持不变，螺旋桨的进速系数J则会上升,定距螺旋桨处于“轻载”状态，不能充分利用马力，如果此时主机转速可以提高，则进速系数略为保持不变，主机与螺旋桨再次达到平衡时船速可以提升。此时若适当增加桨叶螺距，使F'=F，则不改变主机转速也能充分发挥主机功率。

可见调距桨相对于定距桨，通过改变桨叶螺距来实现船舶不同工况的变化，在主机适用区保持主机—螺旋桨的最佳匹配，充分利用主机的功率，从而避免了螺旋桨“重载”以及“轻载”的情况，减少了主机调速次数，延长了主机使用寿命，同时节约了燃油消耗量。

相关术语

设计螺距：当桨叶具有制造图纸规定的径向螺距分布、剖面型值、叶轮廓和桨直径等几何特征时，在0.7（弓形剖面为0.65）桨半径剖面上的几何螺距值。

零推力螺距：螺旋桨推力为零时的桨叶螺距（值）。通常情况下，零推力螺距是在环境较为平稳的外界环境下测得的，但是在实际航行工况中，由于风向、潮汐、水流等因素影响，原来调整到的零推力位置会出现随不同海域、不同时段、不同人的感觉而不同的现象，且由于控制系统存在调整误差，因此当螺距运行至零推力位置时，船舶有时会有前进或者倒退的趋势。

螺距比：桨叶对应的面螺距P与直径D之比P/D称为螺距比。

全正车螺距：对应主机最大额定功率工况的桨叶螺距。

全倒车螺距：对应主机最大倒车功率工况的桨叶螺距。

特点

调距桨的优点非常明显，包括在任何航行条件下均可充分利用主机的全部功率，在不改变主机转速的情况下，可通过调节螺距适应船舶的各种航行状态，提高其可操纵性、机动性；因船舶在前进、减速、后退等过程中可完全不改变主机的转速及转向，可使主机调速次数明显减少，减轻了机械损耗，提高使用寿命，并且可以不用安装换向装置或者可逆转的发动机；可以使用不带补偿装置的轴带发电机，提高轴带发电机的效率，有利于节省机舱空间；相对于其他特种推进器，有更大的输出功率和功率范围；若使主机转速与螺距比配合适当，船舶在一定时间内消耗的燃料最少，能够有效提高船舶的续航能力及经济性。

同时调距桨也存在相应的缺点，传动机构及操纵机构相对复杂，保养及修理较复杂，成本较高；毂径比较大，桨毂不易制成光顺的流线型，故其效率相对于定螺距螺旋桨约低2%；为保证叶片的强度需求，叶根部分切面厚度较大，易产生空泡现象。

虽然调距桨的造价相对于定距桨来说更高，但是在港口航行、系泊时对主机的消耗更小，从而延长了柴油机的寿命，经济性得到了补偿。

可以看出，相对于定距桨，使用调距桨的船舶适应各种工况，可操控性更强，有良好的主机适配性。相对于转向更加灵活的特种推进器如对转桨和吊舱，调距桨能够接受更高的功率，使其适用于各种马力需求的船舶，目前国内水面特种推进装置大多采用可调螺距螺旋桨。

可以看出调距桨一般适用于对灵敏性要求较高，需要经常停车、倒退的船舶，如拖船、轮渡等；航程远且具有多种工况的船舶，如拖网渔船、破冰船等；军舰等。

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