अंडरवाटर थ्रस्टर प्रोपेलर कैसे डिज़ाइन करें?

Ⅰ. अंडरवाटर थ्रस्टर प्रोपेलर के डिज़ाइन पर विचार करने के लिए निम्नलिखित पहलू हैं

1、जोर की मांग: थ्रस्टर द्वारा आवश्यक जोर की गणना करके प्रोपेलर व्यास, मरोड़, ब्लेड की संख्या और अन्य मापदंडों को निर्धारित करना आवश्यक है।

2, हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन: सर्वोत्तम हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए प्रोपेलर ब्लेड आकार, क्रॉस-अनुभागीय आकार, पिच और अन्य मापदंडों पर विचार करने की आवश्यकता है।

3, शोर और कंपन: शोर और कंपन को कम करने, प्रोपेलर की विश्वसनीयता और सेवा जीवन में सुधार करने के लिए प्रोपेलर की संरचना को अनुकूलित करने की आवश्यकता।

4、सामग्री और विनिर्माण: प्रोपेलर की ताकत, कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त सामग्री और विनिर्माण प्रक्रियाओं का चयन करने की आवश्यकता है।

Ⅱ, अंडरवाटर थ्रस्टर प्रोपेलर के डिज़ाइन के लिए कई कारकों पर विचार करने की आवश्यकता होती है, जिसे नीचे और अधिक विस्तार से समझाया जाएगा और संबंधित सूत्र दिया जाएगा

1、जोर की आवश्यकता

प्रोपेलर डिज़ाइन के लिए थ्रस्ट आवश्यकता सबसे बुनियादी आवश्यकता है। थ्रस्ट डिमांड का परिमाण जहाज के द्रव्यमान और गति से संबंधित होता है और आमतौर पर इसकी गणना निम्नलिखित समीकरण द्वारा की जाती है:

एफ = 0.5 * ρ * वी^2 * एस * सी

जहां F आवश्यक जोर है, ρ पानी का घनत्व है, V जहाज की गति है, S जहाज का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है, और C ड्रैग गुणांक है।

2、हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन

हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन प्रोपेलर डिज़ाइन की कुंजी है, जिसमें ब्लेड आकार, क्रॉस-अनुभागीय आकार, पिच और अन्य पैरामीटर शामिल हैं। इन मापदंडों का चयन विशिष्ट उपयोग परिदृश्य और प्रोपेलर संरचना के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए।

ब्लेड का आकार: ब्लेड का आकार जोर, दक्षता और शोर आदि पर प्रभाव डालता है। आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला आकार समलम्बाकार, त्रिकोणीय या आयताकार होता है। ब्लेड क्षेत्र की गणना का सूत्र है

ए = एफ / (ρ * यू * (1 - σ))

जहां, A ब्लेड क्षेत्र है, u ब्लेड का रैखिक वेग है, σ प्रोपेलर स्लिप अनुपात है।

क्रॉस-सेक्शनल आकार: क्रॉस-सेक्शनल आकार में ब्लेड झुकने की वक्रता और मरोड़ शामिल है, और इन मापदंडों के चयन के लिए प्रोपेलर के हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन और शोर कंपन और अन्य कारकों पर विचार करना आवश्यक है।

पिच: पिच धुरी दिशा के साथ एक सप्ताह घूमने वाले प्रोपेलर ब्लेड द्वारा तय की गई दूरी है, आमतौर पर विकल्प समान पिच या परिवर्तनीय पिच होता है।

3、शोर और कंपन

शोर और कंपन प्रोपेलर डिजाइन में विचार किए जाने वाले महत्वपूर्ण कारक हैं, और प्रोपेलर संरचना को इसके द्वारा अनुकूलित किया जा सकता है

ब्लेड की मोटाई और पिच कम करें, ब्लेड की संख्या बढ़ाएं, ब्लेड का आकार और कोण बदलें, आदि।

4、सामग्री और विनिर्माण

प्रोपेलर सामग्री और विनिर्माण प्रक्रियाओं का प्रोपेलर के प्रदर्शन और जीवन पर प्रभाव पड़ता है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सामग्री कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातु आदि हैं, विनिर्माण प्रक्रियाओं में कास्टिंग, फोर्जिंग, कटिंग आदि शामिल हैं।

Ⅲ, प्रोपेलर डिज़ाइन का विवरण

ब्लेड क्षेत्र की गणना सूत्र में, एफ आवश्यक जोर है, जिसकी गणना जहाज के द्रव्यमान और गति के अनुसार की जानी चाहिए। और ब्लेड के रैखिक वेग यू की गणना निम्न सूत्र द्वारा की जा सकती है:

यू = π * डी * एन / 60

जहाँ D प्रोपेलर का व्यास है और n गति है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ब्लेड क्षेत्र की गणना करते समय, जोर को प्रत्येक ब्लेड के अनुपात में अलग-अलग ब्लेड पर वितरित किया जाता है।

प्रोपेलर का स्लिप अनुपात σ वास्तविक प्रणोदन दूरी और सैद्धांतिक प्रणोदन दूरी के बीच का अनुपात है, जो आमतौर पर 0.05 और 0.2 के बीच होता है। स्लिप अनुपात की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

σ = (एन * डी - वी) / (एन * डी)

जहां n घूर्णी गति है, D प्रोपेलर व्यास है और V नाव की गति है।

प्रोपेलर का मोड़ प्रोपेलर ब्लेड के मोड़ की डिग्री है, जिसे आमतौर पर रैखिक मोड़ या माध्यमिक मोड़ के रूप में उपयोग किया जाता है। मोड़ कोण की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

θ = 2 * π * r * tan(φ) / p

जहां r ब्लेड त्रिज्या है, φ मोड़ कोण है और p पिच है।

प्रोपेलर का ड्रैग गुणांक सी प्रति इकाई क्षेत्र ड्रैग की मात्रा है, जिसे आमतौर पर प्रयोगों या सिमुलेशन द्वारा निर्धारित करने की आवश्यकता होती है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली गणना विधियाँ अशांति सिमुलेशन, पवन सुरंग प्रयोग आदि हैं।

Ⅳ, प्रोपेलर डिज़ाइन के कुछ विचार

प्रोपेलर व्यास और ब्लेड की संख्या आवश्यक जोर के अनुसार निर्धारित की जानी चाहिए। बहुत छोटा व्यास अपर्याप्त जोर का कारण बनेगा, बहुत बड़ा व्यास हाइड्रोडायनामिक ड्रैग और विनिर्माण लागत में वृद्धि करेगा। ब्लेडों की संख्या का चयन ब्लेडों के बीच की दूरी और खिंचाव जैसे कारकों को ध्यान में रखते हुए किया जाना चाहिए। सामान्यतया, ब्लेडों की संख्या जितनी अधिक होगी, जोर उतना ही मजबूत होगा, लेकिन इससे शोर और कंपन भी बढ़ेगा।

ब्लेड का आकार, क्रॉस-सेक्शनल आकार और पिच को आवश्यक थ्रस्ट और हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन के अनुसार चुना जाना चाहिए। विभिन्न ब्लेड आकार और क्रॉस-अनुभागीय आकार जोर, दक्षता और शोर पर प्रभाव डालेंगे, और विभिन्न पिच थ्रस्टर की गति और दक्षता पर प्रभाव डालेंगे। ब्लेड का आकार और पिच चुनते समय, विभिन्न कारकों के बीच संबंधों पर विचार किया जाना चाहिए और सर्वोत्तम पैरामीटर प्रयोगों या सिमुलेशन गणनाओं द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।

प्रोपेलर का स्लिप अनुपात यात्रा के दौरान द्रव प्रतिरोध के कारण प्रोपेलर ब्लेड की स्लाइडिंग घटना को संदर्भित करता है, जो दक्षता और जोर को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक भी है। सर्वोत्तम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन के दौरान प्रयोगों या सिमुलेशन द्वारा इष्टतम स्लिप अनुपात निर्धारित करने की आवश्यकता होती है।

प्रोपेलर निर्माण और स्थापना के लिए गुणवत्ता और कारीगरी पर ध्यान देने की आवश्यकता होती है। शोर और कंपन से बचने के लिए प्रोपेलर ब्लेड को सटीक रूप से मशीनीकृत और संतुलित किया जाना चाहिए। स्थापना के दौरान, प्रोपेलर और पतवार के बीच निकासी और संरेखण पर ध्यान देने की आवश्यकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि प्रोपेलर ठीक से काम कर सके और पर्याप्त जोर प्रदान कर सके।

Ⅴ，प्रोपेलर डिज़ाइन के कुछ अनुकूलन तरीके

ब्लेड आकार अनुकूलन: ब्लेड के आकार को अनुकूलित करके, प्रोपेलर की दक्षता और जोर में सुधार किया जा सकता है, और शोर और कंपन को कम किया जा सकता है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली अनुकूलन विधियाँ बहुउद्देश्यीय आनुवंशिक एल्गोरिदम, कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क आदि हैं।

क्रॉस-सेक्शनल आकार अनुकूलन: ब्लेड के क्रॉस-सेक्शनल आकार को अनुकूलित करके, प्रोपेलर के हाइड्रोडायनामिक प्रदर्शन और शोर और कंपन विशेषताओं में सुधार किया जा सकता है। सामान्य अनुकूलन विधियों में सीएफडी सिमुलेशन, अशांति सिमुलेशन आदि शामिल हैं।

पिच अनुकूलन: पिच को अनुकूलित करके, प्रोपेलर की दक्षता और गति में सुधार किया जा सकता है, और शोर और कंपन को कम किया जा सकता है। सामान्य अनुकूलन विधियों में परिवर्तनीय पिच डिज़ाइन, पिच विभाजन डिज़ाइन आदि शामिल हैं।

सामग्री और विनिर्माण अनुकूलन: उपयुक्त सामग्री और विनिर्माण प्रक्रिया का चयन करके, विनिर्माण लागत को कम किया जा सकता है और प्रोपेलर की विश्वसनीयता और सेवा जीवन में सुधार किया जा सकता है। सामान्य अनुकूलन विधियों में सामग्री चयन, सटीक मशीनिंग आदि शामिल हैं।

Ⅵ，प्रोपेलर डिज़ाइन की कुछ भविष्य की दिशाएँ

बुद्धिमान डिजाइन: कृत्रिम बुद्धिमत्ता और बड़े डेटा प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, प्रोपेलर डिजाइन डिजाइन दक्षता और प्रदर्शन में सुधार के लिए बुद्धिमान एल्गोरिदम और डेटा विश्लेषण के माध्यम से अधिक सटीक और कुशल डिजाइन प्राप्त कर सकता है।

नई सामग्री का अनुप्रयोग: नई सामग्रियों के निरंतर विकास के साथ, प्रोपेलर की ताकत, कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए प्रोपेलर सामग्रियों की पसंद अधिक विविध होगी, जैसे कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री, टाइटेनियम मिश्र धातु इत्यादि।

पूर्ण प्रवाह क्षेत्र अनुकूलन: कंप्यूटर सिमुलेशन तकनीक के निरंतर विकास के साथ, प्रोपेलर की दक्षता और प्रदर्शन में सुधार के लिए प्रोपेलर डिजाइन को पूर्ण प्रवाह क्षेत्र संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा विश्व स्तर पर अनुकूलित किया जा सकता है।

नई प्रोपेलर संरचना: जहाजों और पानी के नीचे के उपकरणों के निरंतर विकास के साथ, नई प्रोपेलर संरचना का अनुसंधान और विकास प्रोपेलर डिजाइन के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा बन जाएगा, जैसे जल जेट प्रोपेलर, चुंबकीय उत्तोलन प्रोपेलर, आदि।

सातवीं. प्रोपेलर डिज़ाइन की कुछ पर्यावरणीय दिशाएँ

शोर और कंपन को कम करें: प्रोपेलर के शोर और कंपन का समुद्री पारिस्थितिकी और मानव स्वास्थ्य पर प्रभाव पड़ता है, इसलिए डिजाइन और विनिर्माण प्रक्रिया को अनुकूलित करके शोर और कंपन को कम करना आवश्यक है।

उत्सर्जन को कम करना: जहाजों और पानी के नीचे के उपकरणों को चलाते समय प्रोपेलर निकास और अपशिष्ट जल उत्पन्न करते हैं, और डिज़ाइन को अनुकूलित करके और पर्यावरण के अनुकूल सामग्रियों का उपयोग करके उत्सर्जन को कम करने और समुद्री पर्यावरण की रक्षा करने की आवश्यकता होती है।

दक्षता में सुधार: एक प्रोपेलर जितना अधिक कुशल होता है, उतना ही यह ऊर्जा की खपत और कार्बन उत्सर्जन को कम करता है, इसलिए दक्षता में सुधार के लिए इसे इष्टतम रूप से डिजाइन करने की आवश्यकता होती है।

माइक्रोबियल एंटीफ्लिंग: प्रोपेलर सतह समुद्री जीवन के विकास के लिए प्रवण है, जो प्रोपेलर की दक्षता और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकती है, इसलिए इसे एंटीफॉलिंग कोटिंग्स और माइक्रोबियल एंटीफ्लिंग तकनीक के माध्यम से संबोधित करने की आवश्यकता है।