Comment concevoir une hélice de propulseur sous-marin ?

Ⅰ. La conception d'une hélice de propulseur sous-marin doit prendre en compte les aspects suivants

1. la poussée requise : le diamètre de l'hélice, le couple, le nombre de pales et d'autres paramètres doivent être déterminés en calculant la poussée requise par l'hélice.

2, performance hydrodynamique : il faut tenir compte de la forme des pales de l'hélice, de la forme de la section transversale, du pas et d'autres paramètres pour obtenir la meilleure performance hydrodynamique.

3, bruit et vibrations : optimisation de la structure de l'hélice, réduction du bruit et des vibrations, amélioration de la fiabilité et de la durée de vie de l'hélice.

4, matériaux et fabrication : il faut choisir le bon matériau et le bon processus de fabrication pour garantir la solidité, la rigidité et la résistance à la corrosion de l'hélice.



Deuxièmement, la conception de l'hélice sous-marine doit prendre en compte plusieurs facteurs, les explications suivantes sont plus détaillées et donnent la formule correspondante

1, exigences en matière de poussée

Les exigences en matière de poussée sont les exigences les plus fondamentales pour la conception d'une hélice. La taille de la poussée requise est liée à la masse et à la vitesse du navire, et est généralement calculée selon la formule suivante :

F = 0,5 * ρ * V^2 * S * C

Où F est la poussée requise, ρ est la densité de l'eau, V est la vitesse du navire, S est la section transversale du navire et C est le coefficient de traînée.

2、Performance hydrodynamique

La performance hydrodynamique est la clé de la conception de l'hélice, y compris la forme de la pale, la forme de la section transversale, le pas et d'autres paramètres. La sélection de ces paramètres doit être déterminée en fonction du scénario d'utilisation spécifique et de la structure de l'hélice.

Forme de la pale : la forme de la pale a un impact sur la poussée, l'efficacité, le bruit, etc. Les formes les plus courantes sont trapézoïdale, triangulaire ou rectangulaire. La formule de la surface de la pale est la suivante

A = F / (ρ * u * (1 - σ))

où A est la surface de la pale, u est la vitesse linéaire de la pale et σ est le taux de glissement de l'hélice.

Forme de la section transversale : la forme de la section transversale comprend la courbure de flexion et la force de torsion des pales de l'hélice, et la sélection de ces paramètres doit tenir compte des performances hydrodynamiques de l'hélice et des facteurs de bruit et de vibration.

Pas : le pas est la distance propulsée par la pale de l'hélice tournant dans le sens de l'axe pendant une semaine ; on choisit généralement un pas égal ou un pas variable.

3, bruit et vibrations

Le bruit et les vibrations sont des facteurs importants à prendre en compte dans la conception de l'hélice, la structure de l'hélice peut être optimisée par les méthodes suivantes :

Réduire l'épaisseur et le pas des pales, augmenter le nombre de pales, changer la forme et l'angle des pales, etc.

4、Matériaux et fabrication

Les matériaux et les procédés de fabrication des hélices ont un impact sur les performances et la durée de vie de l'hélice. Les matériaux habituellement utilisés sont l'acier au carbone, l'acier inoxydable, l'alliage d'aluminium, etc., et le processus de fabrication comprend le moulage, le forgeage, le découpage et l'usinage.

Troisièmement, la conception détaillée de l'hélice

Dans la formule de calcul de la surface des pales, F est la poussée requise, qui doit être calculée en fonction de la masse et de la vitesse du navire. La vitesse linéaire u de la pale peut être calculée à l'aide de la formule suivante :

u = π * D * n / 60

où D est le diamètre de l'hélice et n la vitesse. Il est important de noter que lors du calcul de la surface des pales, la poussée est répartie sur chaque pale proportionnellement à chacune d'entre elles.

Le taux de glissement σ de l'hélice est le rapport entre la distance propulsive réelle et la distance propulsive théorique, généralement compris entre 0,05 et 0,2. Le taux de glissement est calculé par la formule suivante

σ = (n * D - V) / (n * D)

où n est la vitesse de rotation, D le diamètre de l'hélice et V la vitesse du navire.

La torsion de l'hélice est le degré de torsion des pales de l'hélice, qui est généralement linéaire ou quadratique. L'angle de torsion est calculé par l'équation suivante

θ = 2 * π * r * tan(φ) / p

où r est le rayon de la pale, φ est l'angle de torsion et p est le pas.

Le coefficient de traînée C d'une hélice est la quantité de traînée par unité de surface, qui doit généralement être déterminée par expérience ou simulation. Les méthodes de calcul couramment utilisées comprennent la simulation des turbulences, les expériences en soufflerie, etc.

Quatrièmement, quelques considérations pour la conception de l'hélice

Le diamètre de l'hélice et le nombre de pales doivent être déterminés en fonction de la poussée requise. Un diamètre trop petit entraînera une poussée insuffisante, et un diamètre trop grand augmentera la résistance hydrodynamique et les coûts de fabrication. Des facteurs tels que l'espace entre les pales et la traînée doivent être pris en compte lors du choix du nombre de pales. D'une manière générale, plus le nombre de pales est élevé, plus la poussée est forte, mais plus le bruit et les vibrations sont importants.

La forme des pales, leur section transversale et leur pas doivent être choisis en fonction de la poussée et des performances hydrodynamiques requises. Différentes formes de pales et de sections ont un effet sur la poussée, l'efficacité et le bruit, la forme de la section et le pas doivent être choisis en fonction de la poussée requise et de la performance hydrodynamique.