水中スラスター・プロペラを設計するには？
投稿者 ：Fengyukun on
まず、水中スラスタープロペラの設計には、次のような点を考慮する必要がある。
1、推力要求：プロペラに要求される推力を計算し、プロペラの直径、トルク、ブレード数などのパラメーターを決定する必要がある。
2、流体力学的性能：最高の流体力学的性能を達成するために、プロペラのブレード形状、断面形状、ピッチおよびその他のパラメータを考慮する必要がある。
3、騒音と振動：プロペラの構造を最適化し、騒音と振動を低減し、プロペラの信頼性と寿命を向上させる必要がある。
4、材料と製造：プロペラの強度、剛性、耐食性を確保するために、適切な材料と製造プロセスを選択する必要がある。
第二に、水中プロペラプロペラの設計は、いくつかの要因を考慮する必要があり、以下は、より詳細な説明と対応する式を与えるだろう
1、推力要求
推力要求はプロペラの設計の最も基本的な要求であり、推力要求の大きさと船の質量と速度は、通常、次の式によって計算される：
F = 0.5 * ρ * V^2 * S * C
ここで、Fは必要推力、ρは水の密度、Vはボートの速度、Sはボートの断面積、Cは抗力係数である。
2、流体力学的性能
流体力学性能はプロペラ設計の鍵であり、ブレード形状、断面形状、ピッチなどのパラメータを含み、これらのパラメータの選択は、シーンとプロペラ構造の特定の使用に基づいて決定する必要があります。
ブレード形状：ブレードの形状は推力、効率、騒音などに影響を与える。一般的に使用される形状は台形、三角形、長方形で、ブレード面積の計算式は
A = F / (ρ * u * (1 - σ))
ここで、Aはブレード面積、uはブレード線速度、σはプロペラスリップ率である。
断面形状：断面形状には、プロペラ翼の曲げ曲率とねじり力が含まれ、これらのパラメータの選択は、プロペラの流体力学的性能と騒音・振動要因を考慮する必要がある。
ピッチ：ピッチはプロペラ翼が軸方向に沿って一週間回転して推進する距離であり、通常、等ピッチまたは可変ピッチを選択する。
3、騒音と振動
騒音と振動はプロペラの設計で考慮すべき重要な要素であり、プロペラ構造は以下の方法で最適化できる：
ブレードの厚さとピッチを減らす、ブレードの数を増やす、ブレードの形と角度を変えるなど。
4、材料と製造
プロペラの材料と製造工程はプロペラの性能と寿命に影響を与え、通常使用される材料は炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などであり、製造工程は鋳造、鍛造、切削、機械加工である。
第三に、プロペラの詳細設計
ブレード面積の計算式において、Fは必要推力であり、船の質量と速度に応じて計算する必要があり、ブレードの線速度uは以下の式で計算できる：
u = π * D * n / 60
ここで、Dはプロペラの直径、nは速度である。ブレード面積を計算するとき、推力は各ブレードに比例して配分されることに注意すべきである。
プロペラのスリップ率σは、理論推進距離に対する実際の推進距離の比であり、通常0.05から0.2の間であり、スリップ率は次の式で計算される：
σ = (n * D - V) / (n * D)
ここで、n は回転速度、D はプロペラの直径、V は船速である。
プロペラのねじれは、プロペラブレードのねじれの度合いであり、通常は直線ねじれまたは二次ねじれであり、ねじれ角は次式で計算される。
θ = 2 * π * r * tan(φ) / p
ここで、rはブレード半径、φはねじれ角、pはピッチである。
プロペラの抗力係数Cは、単位面積当たりの抵抗の大きさであり、通常、実験またはシミュレーションによって決定する必要があり、一般的に使用される計算方法には、乱流シミュレーションおよび風洞実験が含まれる。
第四に、プロペラの設計に関する注意点である。
プロペラの直径とブレードの数は、必要な推力に応じて決定する必要があり、直径が小さすぎると推力不足になり、直径が大きすぎると流体力学的抵抗と製造コストが増加し、ブレードの数の選択は、ブレードギャップ、抵抗およびその他の要因を考慮する必要があります。 一般的にブレードの枚数が多いほど推力は強くなりますが、騒音や振動も大きくなります。
ブレード形状、断面形状、ピッチは、要求される推力と流体力学的性能に応じて選択する必要がある。 ブレード形状や断面形状の違いは推力、効率、騒音に影響を与え、ピッチの違いはプロペラの速度と効率に影響を与える。 ブレード形状やピッチを選択する際には、さまざまな要因の関係を考慮する必要があり、実験やシミュレーション計算によって最適なパラメータを決定する必要がある。
プロペラのスリップ率とは、走行中の流体抵抗によるプロペラ翼の滑走現象を指し、効率や推力に影響を与える重要な要素でもあるため、設計時に実験やシミュレーションによって最適なスリップ率を決定し、最良の結果を得る必要がある。 性能
プロペラの製造と据付は、品質と職人技を重視する必要があり、プロペラブレードは精密機械加工され、騒音と振動を避けるためにバランスをとる必要がある。 プロペラは正常に作動し、十分な推力を提供できる。
V. プロペラ設計のためのいくつかの最適化手法
ブレード形状の最適化：ブレードの形状を最適化することで、プロペラの効率と推力を向上させ、騒音と振動を低減することができる。一般的に使用される最適化手法には、多目的遺伝的アルゴリズム、人工ニューラルネットワークなどがある。
翼断面形状の最適化：翼断面形状を最適化することで、プロペラの流体力学的性能と騒音・振動特性を改善することができ、一般的な最適化手法には、CFDシミュレーション、乱流シミュレーションなどがある。
ピッチの最適化：ピッチを最適化することにより、プロペラの効率と速度を向上させ、騒音と振動を低減することができ、一般的な最適化方法には、可変ピッチ設計、ピッチ分割設計などがある。
材料と製造の最適化：適切な材料と製造工程を選択することで、製造コストを削減し、プロペラの信頼性と寿命を向上させることができる。
第六に、プロペラ設計の将来の方向性である。
インテリジェント設計：人工知能とビッグデータ技術の絶え間ない発展により、プロペラ設計は、インテリジェントアルゴリズムとデータ分析を通じて、より正確で効率的な設計を実現し、設計効率と性能を向上させることができる。
新材料の応用：新材料の絶え間ない発展に伴い、プロペラの強度、剛性、耐食性を向上させるため、炭素繊維複合材料、チタン合金など、プロペラ材料の選択がより多様化する。
完全流れ場の最適化：コンピューターシミュレーション技術の継続的な発展により、完全流れ場の数値シミュレーションを通じてプロペラ設計を全体的に最適化し、プロペラの効率と性能を向上させることができる。
新型プロペラ構造：船舶と水中設備の絶え間ない発展に伴い、新型プロペラ構造の研究開発は、ウォータージェットプロペラ、磁気浮上プロペラなど、プロペラ設計の重要な方向となる。
七、プロペラ設計の環境保護方向
騒音と振動を減らす：プロペラの騒音と振動は海洋生態と人体の健康に影響を与えるため、設計と製造プロセスを最適化して騒音と振動を減らす必要がある。
排気ガスの削減：プロペラは船舶や水中機器を推進する際に排気ガスや排水を発生させるため、設計を最適化し、環境に優しい材料を使用して排気ガスを削減し、海洋環境を保護する必要がある。
効率の向上：プロペラの効率が高ければ高いほど、エネルギー消費と二酸化炭素排出を削減できるため、効率を向上させるために最適化する必要がある。
微生物防汚：プロペラの表面には海洋生物が繁殖しやすく、効率や性能に影響を及ぼす可能性があるため、防汚コーティングや微生物防汚技術によって対処する必要がある。