万向推进器 万向推进器是一种推动船舶或舰艇行进的动力装置，它的基本特点和特种功能是：
1、它的推力方向垂直于它的动力轴的轴线方向；
2、操作人员可以随时随地地根据当时的需要，来改变万向推进器的推力方向，而且，推力方向的改变是在动力轴的轴线方向不变，动力轴的运转方向不变的情况下进行的。
由于万向推进器具有以上特种功能，从而使使用它的舰船具有种种特种技能。
万向推进器，根据其动力轴的轴线方向的不同，可分为横轴式和竖轴式两种。
横轴式万向推进器的动力轴地轴线方向为船体的横向，动力轴的轴线平行于水平面；
竖轴式万向推进器的动力轴的轴线垂直于水平面。
横轴式万向推进器应当安装在船体前部的船底之下。
图1是横轴式万向推进器的侧视图，图2是正视图。在图1、图2中：
(1)是船底；
(2)是轮系箱；
(9)是轮盘；
(12)是叶片。
图3是横轴式万向推进器的解剖图，此图是剥去了轮系箱外壳的前半部分，并将每个轮系支撑体剥去了一半，所得到的图示，在图3中：
(1)是船底；
(2)是轮系箱的外壳，它固定在船体前部的船底之下；
(3)是轮系支撑体，它的形状象似一个平底锅，“锅口”扣在轮系箱的内壁上。它的作用是支撑轮系和截断海水。
(4)、(5)、(6)所构成的整体称做力向枢纽，其中：
(4)是力向接收齿轮；
(5)是力向轴；
(6)是力向齿轮。
力向枢纽的三个组成部分不能相对转动。力向轴从轮系支撑体的中心穿过，力向枢纽可以在支撑体上转动，两个力向枢纽的轴线位于同一条直线上。力向接收齿轮应当与相应的机械传动媒体相衔接，从而使操作人员能够通过机械传动媒体对力向枢纽进行控制操作。
(7)是动力齿轮；
(8)是动力轴；
(9)是轮盘。
动力齿轮固定在动力轴的中部，两个轮盘分别固定在动力轴的两端。动力轴沿力向枢纽的轴线穿过两个力向枢纽，动力轴的轴线与力向枢纽的轴线位于同一条直线上，动力轴可以相对于力向枢纽转动。动力齿轮可以通过动力轴带动轮盘转动。动力齿轮应当与相应的机械传动媒体相衔接，从而接受由发动机产生的动力。
(10)是叶片齿轮；
(11)是叶片轴；
(12)是叶片。
叶片齿轮固定在叶片轴的一端，叶片齿轮、叶片轴、叶片三者构成一个整体，三者这间不能相对转动。叶片轴穿过轮盘，并可以在轮盘上转动。
(13)是中介齿轮，它安装在轮盘上，并可以在轮盘上转动。
中介齿轮与力向齿轮相啮合，同时又与叶片齿轮相啮合。叶片齿轮的齿数与力向齿轮的齿数的比例必须是2比1。
对于横轴式万向推进器来说，轮系箱两侧的叶片数应当相等，每一侧至少要有两个叶片，即总共至少要有四个叶片，同一个轮盘上的叶片应当等角度分布。
如果沿力向齿轮、中介齿轮及叶片齿轮所在的平面做一个切面，那么这个切面将如图4所示，图4中的部件标号与图3相一致，从图4中可以更加清晰地看出各齿轮间的啮合关系。
图5是横轴式万向推进器轮系结构的又一种形式，图5中的部件标号与图3相一致。在图5中，中介齿轮(13)与中介齿轮(14)相互固结，形成一个整体，二者之间不能相对转动，齿轮(13)和齿轮(14)可以共同在轮盘上转动。图5中的其它部件的性质及部件之间的关系与图3是相一致的。在图5中，力向齿轮(6)、中介齿轮(13)、中介齿轮(14)及叶片齿轮(10)的齿数必须要严格地遵守以下关系式：
竖轴式万向推进器应当安装在船体的后部，叶片位于船底的下方。
图6是竖轴式万向推进器的仰视图。图中：
(9)是轮盘；
(12)是叶片；
图7是竖轴式万向推进器的解剖图。此图是剖开船底并将轮系支撑体剥去一半所得到的图示。图中：
(1)是船底；
(3)是轮系支撑体，它的形状象似一个平底锅，“锅口”扣在船底的内侧上，它的作用是支撑轮系和截断海水。
(4)、(5)、(6)所构成的整体称做力向枢纽，其中：
(4)是力向接收齿轮；
(5)是力向轴；
(6)是力向齿轮。
力向枢纽的三个组成部分不能相对转动。力向轴从轮系支撑体的中心穿过，力向枢纽可以在支撑体上转动。力向接收齿轮应当与相应的机械传动媒体相衔接，从而使操作人员能够通过机械传动媒体对力向枢纽进行控制操作。
(7)是动力齿轮；
(8)是动力轴；
(9)是轮盘。
动力齿轮固定在动力轴的顶端，轮盘固定在动力轴的底端，与船底位于同一平面上；动力轴沿力向枢纽的轴线穿过力向枢纽；动力轴的轴线与力向枢纽的轴线位于同一条直线上，动力轴可以相对于力向枢纽转动；动力齿轮可以通过动力轴带动轮盘转动；动力齿轮应当与相应的机械传动媒体相衔接，从而接受由发动机产生的动力。
(10)是叶片齿轮；
(11)是叶片轴；
(12)是叶片。
叶片齿轮固定在叶片轴的一端，叶片齿轮、叶片轴、叶片三者构成一个整体，三者之间不能相对转动。叶片轴穿过轮盘，并可以在轮盘上转动。
(13)是中介齿轮，它安装在轮盘上，并可以在轮盘上转动。
中介齿轮与力向齿轮相啮合，同时又与叶片齿轮相啮合。叶片齿轮的齿数与力向齿轮的齿数的比例必须是2比1。
竖轴式万向推进器至少要有两个叶片，叶片在轮盘上应当等角度分布。
如果沿力向齿轮、中介齿轮及叶片齿轮所在的平面做一个切面，那么，这个切面将如图4所示，这就是说，图4既适合于横轴式万向推进器，也适合于竖轴式万向推进器。图4中的部件标号与图7相一致。
图8是竖轴式万向推进器轮系结构的又一种形式，图8中的部件标号与图7相一致。在图8中，中介齿轮(13)与中介齿轮(14)相互固结，形成一个整体，二者之间不能相对转动；齿轮(13)和齿轮(14)可以共同在轮盘上转动；图8中的其它部件的性质及部件之间的关系与图7是相一致的。在图8中，力向齿轮(6)、中介齿轮(13)、中介齿轮(14)、及叶片齿轮(10)的齿数必须要严格地遵守以下关系式；
竖轴式万向推进器的动力轴不可位于船体的中线上，动力轴的轴线与船体的中线之间应当有一定的距离，此距离应当略大于动力轴的轴线与叶片轴的轴线之间的距离。至于动力轴应当位于船体中线的左侧还是右侧，这与动力轴的运转方向有关，见图9、图10，此两幅图是仰视图，图中箭头的指向是船头方向，箭头所在的直线便是船体的中线，图中的圆表示叶片轴的公转轨迹，圆心便是动力轴轴线所在的位置，弧形箭头表示动力轴的运转方向。
根据万向推进器的轮系结构及齿轮齿数的比例，可以推证出万向推进器的运转规则：当力向枢纽固定不动的情况下，动力轴转动α角度，那么，叶片在跟随轮盘公转α角度的同时，叶片还将发生自转。自转的角度是：
1、相对于外界，自转α/2角度；
2、相对于轮盘，自转-α/2角度。
如果将图11中的A0作为万向推进器的起点状态，并且固定力向枢纽不动，那么，根据运转规则，我们便可以确定出，当动力轴转动任何一个角度后，相应的叶片所出现的状态。A1、A2、A3、A4便是以A0状态为起点，动力轴按弧形箭头1所示的方向转动45°、90°、135°、180°后，叶片所出现的状态。
当叶片所在平面的法线与叶片公转的切线相平行时，叶片所在的相位称做峰值相位。如A0、A4状态中，位于下方的叶片便正是处在峰值相位上。
从A0、A1、A2、A3、A4各状态中可以看出，当叶片运转到各个相位上时，从海水对叶片的反作用力中，都可以分解出一个方向如箭头2所示的推力，海水对叶片的推力当然也就是叶片对载体(泛指舰船)的推力。叶片对载体的推力方向，可以用下面的法则来确定：处于峰值相位的叶片，其公转线速度方向的反方向便是叶片对载体的推力方向。
叶片对载体的推力的大小，随叶片所处的相位的变化而变化。叶片的即时相位越是接近于峰值相位，叶片对载体的推力也就越大，当叶片处于峰值相位时，其对载体的推力达到最大值；叶片越是远离峰值相位，其对载体的推力也就越小，当叶片距峰值相位180°时，其推力减小到0，如A0、A4中位于上方的叶片。
根据万向推进器的轮系结构及齿轮齿数的比例，可以推证出万向推进器叶片的自转规则：
1、当动力轴固定不动时，转动力向枢纽β角度，那么叶片便随之发生自转，自转的方向与力向枢纽转动的方向相同，自转的角度为β/2；
2、如果当动力轴转动α角度的同时，力向枢纽转动β角度，那么叶片在跟随轮盘公转α角度的同时，还将发生自转，自转的角度为(α+β)/2。
如果将图11中的A0作为万向推进器的起点状态，并且在动力轴固定不动的情况下，按弧形箭头3所示的方向转动力向枢纽90°，那么根据叶片的自转规则便可以得知，在力向枢纽转动的同时，叶片将随之发生自转，自转的方向与力向枢纽转动的方向相同，自转的角度为45°。
完成以上转动后，叶片的状态将如B0所示。这时再以B0作为万向推进器的起点状态，并且固定力向枢纽不动，使动力轴按弧形箭头4所示的方向转动，那么根据运转规则，我们便可以确定出，当动力轴转动任何一个角度后，相应的叶片所出现的状态。B1、B2、B3、B4便是以B0状态为起点，动力轴转动45°、90°、135°、180°后，叶片所出现的状态。这里，B2状态中位于前方的叶片正处在峰值相位上。
根据推力规则可知，此时叶片对载体的推力方向将如箭头5所示。从此例中可以看出，力向枢纽转动多大的角度，峰值相位及推力方向也就随之改变多大的角度；力向枢纽固定不动，峰值相位及推力方向也就固定不变。这便是推力方向变更规则。根据此规则，操作人员便可以通过转动力向枢纽，来改变叶片的推力方向，可以通过操作力向枢纽，来随时随地地获得所需要的任何方向上的推力。
横轴式万向推进器在推动载体行进的同时，还可以赋予载体以升力，使载体的大部分升离水面，从而减少阻力，提高速度。
如果舰船需要高速行驶时，那么可以通过相应地操作力向枢纽，使叶片的推力方向指向前上方，这样，舰船在行进的同时，船头还将被托起，如图12所示。由于船头被托起，从而使船底向后倾斜，而舰船又在行进之中，那么可想而知，从海水对船底的作用力中，必然可以分解出一个方向向上的升力，此升力将船体的后部托起，如图13所示。从而使船体的大部分升离水面，从而减少了阻力，提高了速度。
如果舰船不需要高速行驶时，那么，为了节省能耗，可以通过操作力向枢纽，使叶片的推力方向为正前方，如图14所示。这样舰船便处于节省能耗、低速行驶的状态。
通过操作力向枢纽，还可以使叶片的推力方向向后，从而实现倒退或急减速。
安装竖轴式万向推进器的舰船是不需要舵的，需要转弯时，只需转动力向枢纽，改变叶片的推力方向，便可以实现转弯。
当舰船笔直行驶时，通过控制力向枢纽，使叶片的推力方向向前即可。如图15所示，此图是仰视图。
当舰船需要右转弯时，可以通过操作力向枢纽，使叶片的推力方向指向左前方，便可以实现右转弯。这是因为竖轴式万向推进器位于船体的后部。图16是舰船右转弯时的图示。
当舰船需要左转弯时，那么可以通过操作力向枢纽，使叶片的推力方向指向右前方，便可以实现左转弯。如图17所示。
如果将叶片的推力方向指向正左方或正右方，那么还可以在舰船不行进的情况下，实现原地右转向或原地左转向。
如果使叶片的推力方向向后，那么还可以实现倒退或急减速。
当动力轴的运转速度恒定不变时，万向推进器的力学参数遵循以下公式：F=F0cos2α2.....(1)]]>F1=F0cos3α2.....(2)]]>F2=F0cos3α2.....(3)]]>
F1＝0.4244F0。 (4)
F2＝0.4244F0 (5)
在以上各式中：
F0—叶片处于峰值相位时，海水对叶片的反作用力，此力的方向垂直于处于峰值相位的叶片所在的平面；
α—叶片的即时相位与峰值相位之间的相位差(0°≤α≤180°)；
F—海水对叶片的即时反作用力，此力的方向垂直于叶片所在的平面；
F1—海水对叶片的即时阻力，此力的方向与叶片的公转线速度方向相反；
F2—海水对叶片(也是叶片对载体)的即时有效推力；
F1—平均阻力；
F2—平均有效推力。
公式的证明如下：
在图18、图19、图20、图21中：
O—动力轴轴线的位置；
P—处于峰值相位的叶片轴的轴线的位置；
Q—处于某即时相位的叶片轴的轴线的位置；
线段AB—叶片；
图中的α、F、F1、F2四项在前面已有所说明；
图中的弧形箭头表示动力轴的运转方向。针对图18的证明：∵∠POQ＝α那么根据运转规则便有：根据推力规则可知：∠OEQ＝90°∴∠OQF2＝180°-α-∠OEQ＝180°-α-90°＝90°-α鉴于：，所以：F=F0cos2α2]]>F1=Fcosα2=F0cos2·cosα2=F0cos3α2]]>鉴于：，所以：F2=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>即，公式(1)、(2)、(3)得证。针对图19的证明：∵∠POQ＝α，那么根据运转规则便有：，根据推力规则可知：∠OEQ＝90°，∴∠OQF2＝α-∠OEQ＝α-90°鉴于：，所以：F=F0cos2α2]]>F1=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>鉴于：，所以：F2=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>即，公式(1)、(2)、(3)得证。针对图20的证明：∵∠POQ＝α，那么根据运转规则便有：根据推力规则可知：∠OEQ＝90°∴∠OQF2＝∠QOE+∠OEQ＝180°-α+90°＝270°-α鉴于：，所以：F=F0cos2α2]]>F1=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>鉴于，所以：F2=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>即，公式(1)、(2)、(3)得证。针对图21的证明：∵∠POQ＝α，那么根据运转规则便有：根据推力规则可知：∠OEQ＝90°∴∠OQF2＝α+∠OEQ＝α+90°鉴于：，所以：F=F0cos2α2]]>F1=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>鉴于：，所以：F2=Fcosα2=F0cos2α2·cosα2=F0cos3α2]]>即，公式(1)、(2)、(3)得证。因为F1=F2=F0cos3α2,]]>所以：F1-=F2-=1π∫0πF0cos3α2dα]]>求此定积分得：O.4244F0即，公式(4)、(5)得证。