كيفية تصميم المروحة تحت الماء؟

1. تصميم المروحة الدافعة تحت الماء له الجوانب التالية التي يجب مراعاتها

1. طلب ​​الدفع: من الضروري تحديد قطر المروحة والالتواء وعدد الشفرات والمعلمات الأخرى عن طريق حساب الدفع المطلوب من قبل الدافع.

2. الأداء الهيدروديناميكي: من الضروري مراعاة شكل شفرة المروحة والشكل المقطعي والخطوة والمعلمات الأخرى لتحقيق أفضل أداء هيدروديناميكي.

3. الضوضاء والاهتزاز: الحاجة إلى تحسين هيكل المروحة لتقليل الضوضاء والاهتزاز وتحسين موثوقية المروحة وعمر الخدمة.

4. المواد والتصنيع: يجب اختيار المواد وعمليات التصنيع المناسبة لضمان قوة المروحة وصلابتها ومقاومتها للتآكل.

2- يتطلب تصميم المروحة الدافعة تحت الماء مراعاة عدة عوامل، والتي سيتم شرحها بمزيد من التفصيل أدناه وإعطاء الصيغة المقابلة

1- متطلبات الدفع

متطلبات الدفع هي المتطلب الأساسي لتصميم المروحة. يرتبط حجم متطلبات الدفع بكتلة وسرعة السفينة ويتم حسابها عادةً بالمعادلة التالية:

F = 0.5 * ρ * V^2 * S * C

حيث F هو الدفع المطلوب، وρ هي كثافة الماء، وV هي سرعة السفينة، وS هي مساحة المقطع العرضي للسفينة، وC هو معامل السحب.

2- الأداء الهيدروديناميكي

الأداء الهيدروديناميكي هو المفتاح لتصميم المروحة، بما في ذلك شكل الشفرة، وشكل المقطع العرضي، والميل والمعلمات الأخرى. يجب تحديد اختيار هذه المعلمات وفقًا لسيناريو الاستخدام المحدد وهيكل المروحة.

شكل الشفرة: يؤثر شكل الشفرة على الدفع والكفاءة والضوضاء وما إلى ذلك. الشكل المستخدم عادة هو شبه منحرف أو مثلث أو مستطيل. الصيغة لحساب مساحة الشفرة هي

A = F / (ρ * u * (1 - σ))

حيث A هي مساحة الشفرة، u هي السرعة الخطية للشفرة، σ هي نسبة انزلاق المروحة.

الشكل المقطعي: يتضمن الشكل المقطعي انحناء الشفرة والالتواء، ويحتاج اختيار هذه المعلمات إلى مراعاة الأداء الهيدروديناميكي للمروحة والضوضاء والاهتزاز وعوامل أخرى.

الميل: الميل هو المسافة التي تدفعها شفرة المروحة التي تدور أسبوعًا واحدًا على طول اتجاه المحور، وعادةً ما يكون الاختيار هو الميل المتساوي أو الميل المتغير.

3. الضوضاء والاهتزاز

الضوضاء والاهتزاز من العوامل المهمة التي يجب مراعاتها في تصميم المروحة، ويمكن تحسين هيكل المروحة من خلال

تقليل سمك وزاوية الشفرات، وزيادة عدد الشفرات، وتغيير شكل وزاوية الشفرات، وما إلى ذلك.

4. المواد والتصنيع

تؤثر مواد المروحة وعمليات التصنيع على أداء المروحة وعمرها. وعادة ما تكون المواد المستخدمة هي الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم وما إلى ذلك، وتشمل عمليات التصنيع الصب والتشكيل والقطع وما إلى ذلك.

3- تفاصيل تصميم المروحة

في صيغة حساب مساحة الشفرة، F هو الدفع المطلوب، والذي يجب حسابه وفقًا لكتلة وسرعة السفينة. ويمكن حساب السرعة الخطية u للشفرة بالصيغة التالية:

u = π * D * n / 60

حيث D هو قطر المروحة وn هي السرعة. من المهم ملاحظة أنه عند حساب مساحة الشفرة، يتم توزيع الدفع على الشفرات الفردية بنسبة لكل شفرة.

نسبة الانزلاق σ للمروحة هي النسبة بين مسافة الدفع الفعلية ومسافة الدفع النظرية، والتي تكون عادةً بين 0.05 و0.2. يتم حساب نسبة الانزلاق بالصيغة

σ = (n * D - V) / (n * D)

حيث n هي سرعة الدوران وD هو قطر المروحة وV هي سرعة القارب.

إن التواء المروحة هو درجة التواء شفرة المروحة، والتي تستخدم عادة كلتواء خطي أو التواء ثانوي. يتم حساب زاوية الالتواء بالصيغة

θ = 2 * π * r * tan(φ) / p

حيث r هو نصف قطر الشفرة، وφ هي زاوية الالتواء وp هي الخطوة.

إن معامل السحب C للمروحة هو مقدار السحب لكل وحدة مساحة، والذي عادة ما يحتاج إلى تحديده من خلال التجارب أو المحاكاة. ومن طرق الحساب المستخدمة بشكل شائع محاكاة الاضطرابات، وتجارب نفق الرياح، وما إلى ذلك.

4- بعض الاعتبارات الخاصة بتصميم المروحة

يجب تحديد قطر المروحة وعدد الشفرات وفقًا للدفع المطلوب. سيؤدي القطر الصغير جدًا إلى دفع غير كافٍ، وسيؤدي القطر الكبير جدًا إلى زيادة السحب الهيدروديناميكي وتكاليف التصنيع. يجب تحديد عدد الشفرات مع مراعاة عوامل مثل الخلوص بين الشفرات والسحب. بشكل عام، كلما زاد عدد الشفرات، زادت قوة الدفع، ولكنها ستؤدي أيضًا إلى زيادة الضوضاء والاهتزاز.

يجب تحديد شكل الشفرة وشكل المقطع العرضي والميل وفقًا للدفع المطلوب والأداء الهيدروديناميكي. ستؤثر أشكال الشفرات المختلفة وأشكال المقطع العرضي على الدفع والكفاءة والضوضاء، وستؤثر الميلان المختلفة على سرعة وكفاءة الدافع. عند اختيار شكل الشفرة والميلان، يجب مراعاة العلاقة بين العوامل المختلفة وتحديد أفضل المعلمات من خلال التجارب أو حسابات المحاكاة.

تشير نسبة انزلاق المروحة إلى ظاهرة انزلاق شفرات المروحة بسبب مقاومة السوائل أثناء السفر، وهي أيضًا عامل مهم يؤثر على الكفاءة والدفع. يجب تحديد نسبة الانزلاق المثلى من خلال التجارب أو المحاكاة أثناء التصميم لتحقيق أفضل أداء.

يتطلب تصنيع المروحة وتركيبها الاهتمام بالجودة والحرفية. يجب أن تكون شفرات المروحة دقيقة ومتوازنة لتجنب الضوضاء والاهتزاز. أثناء التثبيت، يجب الانتباه إلى الخلوص والمحاذاة بين المروحة والهيكل لضمان أن المروحة يمكن أن تعمل بشكل صحيح وتوفر الدفع الكافي.

5، بعض طرق التحسين لتصميم المروحة

تحسين شكل الشفرة: من خلال تحسين شكل الشفرة، يمكن تحسين كفاءة المروحة ودفعها، ويمكن تقليل الضوضاء والاهتزاز. طرق التحسين المستخدمة بشكل شائع هي الخوارزمية الوراثية متعددة الأهداف والشبكة العصبية الاصطناعية وما إلى ذلك.

تحسين الشكل المقطعي: من خلال تحسين الشكل المقطعي للشفرة، يمكن تحسين الأداء الهيدروديناميكي وخصائص الضوضاء والاهتزاز للمروحة. تشمل طرق التحسين الشائعة محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية ومحاكاة الاضطرابات وما إلى ذلك.

تحسين الملعب: من خلال تحسين الملعب، يمكن تحسين كفاءة وسرعة المروحة، ويمكن تقليل الضوضاء والاهتزاز. تشمل طرق التحسين الشائعة تصميم الملعب المتغير وتصميم تقسيم الملعب وما إلى ذلك.

تحسين المواد والتصنيع: من خلال اختيار المواد وعملية التصنيع المناسبة، يمكن تقليل تكلفة التصنيع وتحسين موثوقية المروحة وعمر الخدمة. تشمل طرق التحسين الشائعة اختيار المواد والتصنيع الدقيق وما إلى ذلك.

6 、بعض الاتجاهات المستقبلية لتصميم المروحة

التصميم الذكي: مع التطوير المستمر للذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات الضخمة، يمكن لتصميم المروحة تحقيق تصميم أكثر دقة وكفاءة من خلال الخوارزميات الذكية وتحليل البيانات لتحسين كفاءة التصميم والأداء.

تطبيق المواد الجديدة: مع التطوير المستمر للمواد الجديدة، سيكون اختيار مواد المروحة أكثر تنوعًا، مثل مواد ألياف الكربون المركبة، وسبائك التيتانيوم، وما إلى ذلك، لتحسين قوة المروحة وصلابتها ومقاومتها للتآكل.

تحسين مجال التدفق الكامل: مع التطوير المستمر لتكنولوجيا المحاكاة الحاسوبية، يمكن تحسين تصميم المروحة عالميًا من خلال المحاكاة العددية لمجال التدفق الكامل لتحسين كفاءة وأداء المروحة.

هيكل المروحة الجديد: مع التطوير المستمر للسفن والمعدات تحت الماء، سيصبح البحث والتطوير لهيكل المروحة الجديد اتجاهًا مهمًا لتصميم المروحة، مثل مروحة نفاثة الماء، ومروحة الرفع المغناطيسي، وما إلى ذلك.

7. بعض الاتجاهات البيئية لتصميم المراوح

تقليل الضوضاء والاهتزاز: تؤثر الضوضاء والاهتزازات التي تسببها المراوح على البيئة البحرية وصحة الإنسان، لذا فمن الضروري تقليل الضوضاء والاهتزازات من خلال تحسين عملية التصميم والتصنيع.

تقليل الانبعاثات: تولد المراوح مياه العادم والنفايات عند دفع السفن والمعدات تحت الماء، ويجب تقليل الانبعاثات وحماية البيئة البحرية من خلال تحسين التصميم واستخدام مواد صديقة للبيئة.

تحسين الكفاءة: كلما كانت المروحة أكثر كفاءة، كلما قل استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون، لذا يجب تصميمها بشكل مثالي لتحسين الكفاءة.

التلوث الميكروبي: سطح المروحة معرض لنمو الحياة البحرية، مما قد يؤثر على كفاءة وأداء المروحة، لذا يجب معالجة هذا من خلال الطلاءات المضادة للتلوث وتكنولوجيا التلوث الميكروبي.