Wie entwirft man einen Unterwasserpropeller?
Geposted von Fengyukun am
Ⅰ. Bei der Konstruktion von Unterwasserpropellern sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:
1. Schubbedarf: Es ist notwendig, den Propellerdurchmesser, die Drehkraft, die Anzahl der Blätter und andere Parameter zu bestimmen, indem der vom Triebwerk benötigte Schub berechnet wird.
2. Hydrodynamische Leistung: Propellerblattform, Querschnittsform, Steigung und andere Parameter müssen berücksichtigt werden, um die beste hydrodynamische Leistung zu erzielen.
3. Geräusche und Vibrationen: Es ist notwendig, die Struktur des Propellers zu optimieren, Geräusche und Vibrationen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Propellers zu verbessern.
4. Materialien und Herstellung: Um die Festigkeit, Steifigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Propellers sicherzustellen, müssen geeignete Materialien und Herstellungsverfahren ausgewählt werden.
Ⅱ. Bei der Konstruktion von Unterwasser-Triebwerkspropellern müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Im Folgenden wird dies ausführlicher erläutert und die entsprechenden Formeln angegeben.
1. Schubanforderungen
Die Schubanforderung ist die grundlegendste Anforderung bei der Propellerkonstruktion. Die Größe des Schubbedarfs hängt von der Masse und Geschwindigkeit des Schiffes ab und wird üblicherweise nach folgender Formel berechnet:
F = 0,5 * ρ * v ^2 * s * c
Dabei ist F der erforderliche Schub, ρ die Dichte des Wassers, V die Geschwindigkeit des Schiffes, S die Querschnittsfläche des Schiffes und C der Luftwiderstandsbeiwert.
2. Hydrodynamische Leistung
Die hydrodynamische Leistung ist der Schlüssel zum Propellerdesign, einschließlich Blattform, Querschnittsform, Propellersteigung und anderen Parametern. Die Auswahl dieser Parameter muss auf der Grundlage des spezifischen Nutzungsszenarios und der Propellerstruktur festgelegt werden.
Blattform: Die Form des Blattes hat Einfluss auf Schubkraft, Effizienz und Geräuschentwicklung. Häufig verwendete Formen sind Trapez, Dreieck oder Rechteck. Die Formel zur Berechnung der Klingenfläche lautet
A = F / (ρ * u * (1 - σ))
In der Formel ist A die Blattfläche, u die lineare Blattgeschwindigkeit und σ das Propellerschlupfverhältnis.
Querschnittsform: Die Querschnittsform umfasst die Krümmung und Torsion des Blattes. Bei der Auswahl dieser Parameter müssen Faktoren wie die hydrodynamische Leistung des Propellers sowie Geräusche und Vibrationen berücksichtigt werden.
Steigung: Die Steigung ist die Entfernung, die durch eine Umdrehung der Propellerblätter entlang der Axialrichtung zurückgelegt wird. Sie wird normalerweise als gleiche Steigung oder variable Steigung gewählt.
3. Lärm und Vibration
Lärm und Vibration sind wichtige Faktoren, die bei der Propellerkonstruktion berücksichtigt werden müssen.
Reduzieren Sie die Dicke und Neigung der Flügel, erhöhen Sie die Anzahl der Flügel, ändern Sie die Form und den Winkel der Flügel usw.
4. Materialien und Herstellung
Das Material und der Herstellungsprozess des Propellers haben Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer des Propellers. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen usw., und die Herstellungsprozesse umfassen Gießen, Schmieden, Schneiden usw.
Ⅲ, Details zum Propellerdesign
In der Formel zur Berechnung der Blattfläche ist F der erforderliche Schub, der auf der Grundlage der Masse und Geschwindigkeit des Schiffes berechnet werden muss. Die Lineargeschwindigkeit u des Blattes lässt sich nach folgender Formel berechnen:
u = π * D * n / 60
Dabei ist D der Propellerdurchmesser und n die Geschwindigkeit. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Berechnung der Blattfläche der Schub proportional auf jedes Blatt verteilt wird.
Das Schlupfverhältnis σ des Propellers ist das Verhältnis der tatsächlichen Vortriebsstrecke zur theoretischen Vortriebsstrecke, normalerweise zwischen 0,05 und 0,2. Das Schlupfverhältnis wird nach der Formel berechnet
σ = (n * D - V) / (n * D)
In der Formel ist n die Drehzahl, D der Propellerdurchmesser und V die Schiffsgeschwindigkeit.
Die Verdrehung des Propellers ist die Verdrehung der Propellerblätter, normalerweise lineare Verdrehung oder sekundäre Verdrehung. Der Verdrehungswinkel wird nach der folgenden Formel berechnet
θ = 2 * π * r * tan(φ) / p
In der Formel ist r der Blattradius, φ der Verdrehungswinkel und p die Steigung.
Der Widerstandskoeffizient C des Propellers ist der Widerstandswert pro Flächeneinheit und muss normalerweise durch Experimente oder Simulationen ermittelt werden. Zu den häufig verwendeten Berechnungsmethoden gehören Turbulenzsimulation, Windkanalexperimente usw.
IV. Einige Überlegungen zum Propellerdesign
Der Propellerdurchmesser und die Anzahl der Blätter müssen anhand der erforderlichen Schubkraft bestimmt werden. Ein zu kleiner Durchmesser führt zu unzureichendem Schub, und ein zu großer Durchmesser erhöht den hydrodynamischen Widerstand und die Herstellungskosten. Bei der Auswahl der Anzahl der Klingen müssen Faktoren wie der Abstand und der Widerstand zwischen den Klingen berücksichtigt werden. Generell gilt: Je größer die Anzahl der Rotorblätter, desto größer der Schub, aber auch Lärm und Vibrationen nehmen zu.
Blattform, Querschnittsform und Steigung müssen basierend auf der erforderlichen Schubkraft und hydrodynamischen Leistung ausgewählt werden. Unterschiedliche Blattformen und Querschnittsformen wirken sich auf Schub, Effizienz und Lärm aus.
1. Schubbedarf: Es ist notwendig, den Propellerdurchmesser, die Drehkraft, die Anzahl der Blätter und andere Parameter zu bestimmen, indem der vom Triebwerk benötigte Schub berechnet wird.
2. Hydrodynamische Leistung: Propellerblattform, Querschnittsform, Steigung und andere Parameter müssen berücksichtigt werden, um die beste hydrodynamische Leistung zu erzielen.
3. Geräusche und Vibrationen: Es ist notwendig, die Struktur des Propellers zu optimieren, Geräusche und Vibrationen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Propellers zu verbessern.
4. Materialien und Herstellung: Um die Festigkeit, Steifigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Propellers sicherzustellen, müssen geeignete Materialien und Herstellungsverfahren ausgewählt werden.
Ⅱ. Bei der Konstruktion von Unterwasser-Triebwerkspropellern müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Im Folgenden wird dies ausführlicher erläutert und die entsprechenden Formeln angegeben.
1. Schubanforderungen
Die Schubanforderung ist die grundlegendste Anforderung bei der Propellerkonstruktion. Die Größe des Schubbedarfs hängt von der Masse und Geschwindigkeit des Schiffes ab und wird üblicherweise nach folgender Formel berechnet:
F = 0,5 * ρ * v ^2 * s * c
Dabei ist F der erforderliche Schub, ρ die Dichte des Wassers, V die Geschwindigkeit des Schiffes, S die Querschnittsfläche des Schiffes und C der Luftwiderstandsbeiwert.
2. Hydrodynamische Leistung
Die hydrodynamische Leistung ist der Schlüssel zum Propellerdesign, einschließlich Blattform, Querschnittsform, Propellersteigung und anderen Parametern. Die Auswahl dieser Parameter muss auf der Grundlage des spezifischen Nutzungsszenarios und der Propellerstruktur festgelegt werden.
Blattform: Die Form des Blattes hat Einfluss auf Schubkraft, Effizienz und Geräuschentwicklung. Häufig verwendete Formen sind Trapez, Dreieck oder Rechteck. Die Formel zur Berechnung der Klingenfläche lautet
A = F / (ρ * u * (1 - σ))
In der Formel ist A die Blattfläche, u die lineare Blattgeschwindigkeit und σ das Propellerschlupfverhältnis.
Querschnittsform: Die Querschnittsform umfasst die Krümmung und Torsion des Blattes. Bei der Auswahl dieser Parameter müssen Faktoren wie die hydrodynamische Leistung des Propellers sowie Geräusche und Vibrationen berücksichtigt werden.
Steigung: Die Steigung ist die Entfernung, die durch eine Umdrehung der Propellerblätter entlang der Axialrichtung zurückgelegt wird. Sie wird normalerweise als gleiche Steigung oder variable Steigung gewählt.
3. Lärm und Vibration
Lärm und Vibration sind wichtige Faktoren, die bei der Propellerkonstruktion berücksichtigt werden müssen.
Reduzieren Sie die Dicke und Neigung der Flügel, erhöhen Sie die Anzahl der Flügel, ändern Sie die Form und den Winkel der Flügel usw.
4. Materialien und Herstellung
Das Material und der Herstellungsprozess des Propellers haben Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer des Propellers. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen usw., und die Herstellungsprozesse umfassen Gießen, Schmieden, Schneiden usw.
Ⅲ, Details zum Propellerdesign
In der Formel zur Berechnung der Blattfläche ist F der erforderliche Schub, der auf der Grundlage der Masse und Geschwindigkeit des Schiffes berechnet werden muss. Die Lineargeschwindigkeit u des Blattes lässt sich nach folgender Formel berechnen:
u = π * D * n / 60
Dabei ist D der Propellerdurchmesser und n die Geschwindigkeit. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Berechnung der Blattfläche der Schub proportional auf jedes Blatt verteilt wird.
Das Schlupfverhältnis σ des Propellers ist das Verhältnis der tatsächlichen Vortriebsstrecke zur theoretischen Vortriebsstrecke, normalerweise zwischen 0,05 und 0,2. Das Schlupfverhältnis wird nach der Formel berechnet
σ = (n * D - V) / (n * D)
In der Formel ist n die Drehzahl, D der Propellerdurchmesser und V die Schiffsgeschwindigkeit.
Die Verdrehung des Propellers ist die Verdrehung der Propellerblätter, normalerweise lineare Verdrehung oder sekundäre Verdrehung. Der Verdrehungswinkel wird nach der folgenden Formel berechnet
θ = 2 * π * r * tan(φ) / p
In der Formel ist r der Blattradius, φ der Verdrehungswinkel und p die Steigung.
Der Widerstandskoeffizient C des Propellers ist der Widerstandswert pro Flächeneinheit und muss normalerweise durch Experimente oder Simulationen ermittelt werden. Zu den häufig verwendeten Berechnungsmethoden gehören Turbulenzsimulation, Windkanalexperimente usw.
IV. Einige Überlegungen zum Propellerdesign
Der Propellerdurchmesser und die Anzahl der Blätter müssen anhand der erforderlichen Schubkraft bestimmt werden. Ein zu kleiner Durchmesser führt zu unzureichendem Schub, und ein zu großer Durchmesser erhöht den hydrodynamischen Widerstand und die Herstellungskosten. Bei der Auswahl der Anzahl der Klingen müssen Faktoren wie der Abstand und der Widerstand zwischen den Klingen berücksichtigt werden. Generell gilt: Je größer die Anzahl der Rotorblätter, desto größer der Schub, aber auch Lärm und Vibrationen nehmen zu.
Blattform, Querschnittsform und Steigung müssen basierend auf der erforderlichen Schubkraft und hydrodynamischen Leistung ausgewählt werden. Unterschiedliche Blattformen und Querschnittsformen wirken sich auf Schub, Effizienz und Lärm aus.
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