Kuinka suunnitella vedenalainen potkuripotkuri?

1. Seuraavat näkökohdat on otettava huomioon suunniteltaessa vedenalaisia ​​potkuripotkureita:

1. Työntövoimavaatimus: Potkurin halkaisija, vääntömomentti, siipien lukumäärä ja muut parametrit on määritettävä laskemalla potkurin vaatima työntövoima.

2. Hydrodynaaminen suorituskyky: Potkurin lavan muoto, poikkileikkauksen muoto, nousu ja muut parametrit on otettava huomioon optimaalisen hydrodynaamisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

3. Melu ja tärinä: Potkurin rakenne on optimoitava melun ja tärinän vähentämiseksi sekä potkurin luotettavuuden ja käyttöiän parantamiseksi.

4. Materiaalit ja valmistus: Sopivat materiaalit ja valmistusprosessit on valittava potkurin lujuuden, jäykkyyden ja korroosionkestävyyden varmistamiseksi.

Ⅱ,Vedenalaisten potkureiden suunnittelussa on otettava huomioon useita tekijöitä. Seuraavassa selitetään tarkemmin ja annetaan vastaavat kaavat.

1. Työntövoimavaatimukset

Työntövoimavaatimus on potkurin suunnittelun perusvaatimus. Työntövoimavaatimus liittyy aluksen massaan ja nopeuteen, ja se lasketaan yleensä seuraavalla kaavalla:

F = 0,5 * ρ * V^2 * S * C

Missä F on vaadittu työntövoima, ρ on veden tiheys, V on laivan nopeus, S on aluksen poikkileikkauspinta-ala ja C on vastuskerroin.

2. Hydrodynaaminen suorituskyky

Hydrodynaaminen suorituskyky on avain potkurin suunnitteluun, mukaan lukien siiven muoto, poikkileikkauksen muoto, nousu ja muut parametrit. Näiden parametrien valinta on määritettävä tietyn käyttöskenaarion ja potkurin rakenteen perusteella.

Terän muoto: Terän muoto vaikuttaa työntövoimaan, tehokkuuteen ja meluon Yleisesti käytetyt muodot ovat puolisuunnikkaan, kolmio tai suorakulmio. Terän pinta-alan laskentakaava on

A=F/(ρ*u*(1-σ))

Kaavassa A on lavan pinta-ala, u on lavan lineaarinen nopeus ja σ on potkurin luistonopeus.

Poikkileikkauksen muoto: Poikkileikkauksen muoto sisältää siiven taivutuskaarevuuden ja vääntöä valittaessa on otettava huomioon sellaiset tekijät kuin potkurin hydrodynaaminen suorituskyky sekä melu ja tärinä.

Nousu: Nousu on etäisyys, jonka potkurin siipi pyörittää akselia pitkin. Yleensä valitaan vakionousu tai muuttuva nousu.

3. Melu ja tärinä

Melu ja tärinä ovat tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon potkurin suunnittelussa. Potkurin rakenne voidaan optimoida seuraavilla menetelmillä:

Pienennä terän paksuutta ja nousua, lisää terien määrää, muuta terän muotoa ja kulmaa jne.

4. Materiaalit ja valmistus

Potkurin materiaalit ja valmistusprosessit vaikuttavat potkurin suorituskykyyn ja käyttöikään. Yleensä käytettyjä materiaaleja ovat hiiliteräs, ruostumaton teräs, alumiiniseos jne., ja valmistusprosesseihin kuuluvat valu, taonta, leikkaus jne.

Ⅲ,  Potkurin suunnittelun yksityiskohdat

Lavan pinta-alan laskentakaavassa F on vaadittu työntövoima, joka on laskettava aluksen massan ja nopeuden perusteella. Terän lineaarinen nopeus u voidaan laskea seuraavalla kaavalla:

u = π*D*n/60

Kaavassa D on potkurin halkaisija ja n on nopeus. On huomattava, että teräpinta-alaa laskettaessa työntövoima jakautuu suhteellisesti jokaiseen terään.

Potkurin luistonopeus σ on todellisen propulsioetäisyyden suhde teoreettiseen propulsioetäisyyteen, yleensä välillä 0,05 - 0,2. Liukuman laskentakaava on

σ=(n*D-V)/(n*D)

Kaavassa n on pyörimisnopeus, D on potkurin halkaisija ja V on laivan nopeus.

Potkurin kierre on potkurin lapojen kiertymisaste, yleensä lineaarinen tai neliöllinen kierre. Kierroskulman laskentakaava on

θ = 2 * π * r * tan(φ) / p

Missä r on siiven säde, φ on kierrekulma ja p on nousu.

Potkurin vastuskerroin C on vastus pinta-alayksikköä kohti ja se on yleensä määritettävä kokein tai simulaatioin. Yleisesti käytettyjä laskentamenetelmiä ovat turbulenssisimulaatio, tuulitunnelikokeilu jne.
Ⅳ Joitakin huomioita potkurin suunnittelussa

Potkurin halkaisija ja siipien lukumäärä on määritettävä vaaditun työntövoiman perusteella. Jos halkaisija on liian pieni, työntövoima on liian suuri, hydrodynaaminen vastus ja valmistuskustannukset kasvavat. Terien lukumäärän valinnassa on otettava huomioon sellaiset tekijät kuin terien välys ja vastus. Yleisesti ottaen mitä enemmän teriä on, sitä suurempi työntövoima, mutta se lisää myös melua ja tärinää.

Terän muoto, poikkileikkauksen muoto ja nousu on valittava vaaditun työntövoiman ja hydrodynaamisen suorituskyvyn perusteella. Erilaiset siipien muodot ja poikkileikkausmuodot vaikuttavat työntövoimaan, tehokkuuteen ja meluon, ja erilaiset nousut vaikuttavat potkurin nopeuteen ja tehokkuuteen. Lavan muotoa ja nousua valittaessa on otettava huomioon eri tekijöiden välinen suhde ja määritettävä optimaaliset parametrit kokeilla tai simulaatiolaskelmilla.

Potkurin luistonopeus tarkoittaa potkurin siipien liukumisilmiötä, joka johtuu nesteen vastusta ajon aikana. Se on myös tärkeä tehokkuuteen ja työntövoimaan vaikuttava tekijä. Suunnittelun aikana optimaalinen luistonopeus on määritettävä kokeiden tai simulaatioiden avulla optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Potkurin valmistus ja asennus vaativat huomiota laatuun ja työn laatuun. Potkurin lavat on työstettävä tarkasti ja tasapainotettava melun ja tärinän välttämiseksi. Asennettaessa on kiinnitettävä huomiota potkurin ja rungon väliseen rakoon ja kohdistukseen varmistaakseen, että potkuri toimii kunnolla ja tarjoaa riittävän työntövoiman.

Ⅴ， Joitakin optimointimenetelmiä potkurin suunnittelussa

Lavan muodon optimointi: Optimoimalla siiven muotoa voidaan parantaa potkurin tehokkuutta ja työntövoimaa sekä vähentää melua ja tärinää. Yleisesti käytettyjä optimointimenetelmiä ovat muun muassa moniobjektiiviset geneettiset algoritmit, keinotekoiset hermoverkot jne.

Poikkileikkauksen muodon optimointi: Optimoimalla siipien poikkileikkauksen muotoa voidaan parantaa potkurin hydrodynaamista suorituskykyä sekä melu- ja tärinäominaisuuksia. Yleisiä optimointimenetelmiä ovat CFD-simulaatio, turbulenssisimulaatio jne.

Nousukulman optimointi: Nousua optimoimalla voidaan parantaa potkurin tehokkuutta ja nopeutta sekä vähentää melua ja tärinää. Yleisiä optimointimenetelmiä ovat vaihtelevan äänenkorkeuden suunnittelu, sävelkorkeuden segmentoitu suunnittelu jne.

Materiaalien ja valmistuksen optimointi: Valitsemalla sopivat materiaalit ja valmistusprosessit voidaan vähentää valmistuskustannuksia ja parantaa potkurin luotettavuutta ja käyttöikää. Yleisiä optimointimenetelmiä ovat materiaalin valinta, tarkkuuskäsittely jne.

Ⅵ， Jotkut potkurin suunnittelun tulevaisuuden suunnat

Älykäs suunnittelu: Tekoälyn ja ison datateknologian jatkuvan kehityksen myötä potkurisuunnittelulla voidaan saavuttaa tarkempi ja tehokkaampi suunnittelu älykkäiden algoritmien ja data-analyysin avulla, mikä parantaa suunnittelun tehokkuutta ja suorituskykyä.

Uusi materiaalisovellus: Uusien materiaalien jatkuvan kehittämisen myötä potkurimateriaalien valikoima monipuolistuu, kuten hiilikuitukomposiittimateriaalit, titaaniseokset jne., parantamaan potkurin lujuutta, jäykkyyttä ja korroosionkestävyyttä.

Täysvirtauskentän optimointi: Tietokonesimulaatioteknologian jatkuvan kehityksen myötä potkurin suunnittelu voidaan optimoida maailmanlaajuisesti täyden virtauksen kentän numeerisen simuloinnin avulla potkurin tehokkuuden ja suorituskyvyn parantamiseksi.

Uudet potkurirakenteet: Laivojen ja vedenalaisten laitteiden jatkuvan kehityksen myötä uusien potkurirakenteiden tutkimuksesta ja kehittämisestä tulee tärkeä suunta potkurisuunnittelussa, kuten vesisuihkupropellerit, magneettilevitaatiopotkurit jne.

VII.Joitakin ympäristöystävällisiä ohjeita potkurin suunnittelussa

Vähennä melua ja tärinää: Potkureiden melu ja tärinä vaikuttavat meren ekologiaan ja ihmisten terveyteen. Niitä on vähennettävä optimoimalla suunnittelu- ja valmistusprosesseja.

Vähennä päästöjä: Potkurit tuottavat pakokaasua ja jätevettä kuljetettaessa laivoja ja vedenalaisia ​​laitteita Päästöjä on vähennettävä ja meriympäristöä suojeltava optimoidun suunnittelun ja ympäristöystävällisten materiaalien avulla.

Paranna tehokkuutta: Mitä korkeampi potkurin hyötysuhde on, sitä enemmän energiankulutusta ja hiilidioksidipäästöjä voidaan vähentää, joten tehokkuuden parantamiseksi tarvitaan optimaalinen suunnittelu.

Mikrobienestopinnoite: Meren eliöt ovat alttiita lisääntymään potkurin pinnalla, mikä vaikuttaa potkurin tehokkuuteen ja suorituskykyyn.