Come progettare un propulsore subacqueo?

1, richiesta di spinta: il diametro dell'elica, la forza di torsione, il numero di pale e altri parametri devono essere determinati calcolando la spinta richiesta dal propulsore.

2, prestazioni idrodinamiche: è necessario considerare la forma delle pale dell'elica, la forma della sezione trasversale, il passo e altri parametri per ottenere le migliori prestazioni idrodinamiche.

Rumore e vibrazioni: la struttura dell'elica deve essere ottimizzata per ridurre il rumore e le vibrazioni e migliorare l'affidabilità e la durata dell'elica.

4. Materiali e fabbricazione: è necessario scegliere materiali e processi di fabbricazione adeguati per garantire la forza, la rigidità e la resistenza alla corrosione dell'elica.

La progettazione delle eliche dei propulsori subacquei deve tenere conto di diversi fattori; di seguito verranno fornite spiegazioni più dettagliate e la formula corrispondente.

1, requisiti di spinta

Il requisito di spinta è il requisito fondamentale nella progettazione delle eliche. L'entità della spinta richiesta è legata alla massa e alla velocità dell'imbarcazione e viene solitamente calcolata con la seguente formula.

F = 0,5 * ρ * v ^2 * s * c

dove F è la spinta richiesta, ρ è la densità dell'acqua, V è la velocità della nave, S è l'area della sezione trasversale della nave e C è il coefficiente di resistenza.

2. Prestazioni idrodinamiche

Le prestazioni idrodinamiche sono la chiave per la progettazione delle eliche, e comprendono la forma delle pale, la forma della sezione trasversale, il passo e altri parametri. La selezione di questi parametri deve essere determinata in base allo scenario di utilizzo specifico e alla struttura dell'elica.

Forma della pala: la forma della pala ha un effetto sulla spinta, sull'efficienza e sulla rumorosità. Le forme comunemente utilizzate sono trapezoidale, triangolare o rettangolare. La formula per l'area della pala è

A = F / (ρ * u * (1 - σ))

Dove A è l'area della pala, u è la velocità lineare della pala e σ è il rapporto di scorrimento dell'elica.

Forma della sezione: la forma della sezione comprende la curvatura e la torsione della pala; la selezione di questi parametri deve tenere conto delle prestazioni idrodinamiche dell'elica e dei fattori di rumore e vibrazione.

Passo: il passo è la distanza spinta dalla pala dell'elica che ruota lungo la direzione assiale per una settimana; di solito si sceglie il passo uguale o il passo variabile.

3, rumore e vibrazioni

Rumore e vibrazioni sono fattori importanti da considerare nella progettazione dell'elica, l'uso di

Ridurre lo spessore e il passo della pala, aumentare il numero di pale, modificare la forma e l'angolo della pala e così via.

4. Materiali e fabbricazione

Il materiale e il processo di fabbricazione dell'elica hanno un impatto sulle prestazioni e sulla durata dell'elica. I materiali solitamente utilizzati sono l'acciaio al carbonio, l'acciaio inossidabile, la lega di alluminio, ecc. Il processo di fabbricazione comprende la fusione, la forgiatura e il taglio.

III, Dettagli di progettazione dell'elica

Nella formula di calcolo dell'area della pala, F è la spinta richiesta, che deve essere calcolata in base alla massa e alla velocità della nave. La velocità lineare u della pala può essere calcolata con la seguente formula.

u = π * D * n / 60

dove D è il diametro dell'elica e n è la velocità. È importante notare che quando si calcola l'area delle pale, la spinta viene distribuita proporzionalmente a ciascuna pala.

Il rapporto di slittamento σ dell'elica è il rapporto tra la distanza di propulsione effettiva e la distanza di propulsione teorica, di solito compreso tra 0,05 e 0,2. Il rapporto di slittamento si calcola con la formula

σ = (n * D - V) / (n * D)

dove n è la velocità di rotazione, D è il diametro dell'elica e V è la velocità della nave.

La torsione dell'elica è la torsione della pala dell'elica, che di solito è lineare o quadratica. L'angolo di torsione si calcola con la seguente formula

θ = 2 * π * r * tan(φ) / p

dove r è il raggio della pala, φ è l'angolo di torsione e p è il passo.

Il coefficiente di resistenza aerodinamica C dell'elica è la quantità di resistenza aerodinamica per unità di superficie, che di solito deve essere determinata mediante esperimenti o simulazioni. I metodi di calcolo comunemente utilizzati includono la simulazione della turbolenza, gli esperimenti in galleria del vento e così via.

Ⅳ, alcune considerazioni per la progettazione delle eliche

Il diametro dell'elica e il numero di pale devono essere determinati in base alla spinta richiesta. Un diametro troppo piccolo porterà a una spinta insufficiente, mentre un diametro troppo grande aumenterà la resistenza idrodinamica e i costi di produzione. La scelta del numero di pale deve tenere conto di fattori quali lo spazio tra le pale e la resistenza aerodinamica. In generale, maggiore è il numero di pale, maggiore è la spinta, ma aumentano anche il rumore e le vibrazioni.

La forma, la sezione trasversale e il passo delle pale devono essere scelti in base alla spinta e alle prestazioni idrodinamiche richieste. Forme e sezioni trasversali diverse delle pale influiscono sulla spinta, sull'efficienza e sulla rumorosità.