수중 프로펠러를 설계하는 방법은 무엇입니까?
일에 Fengyukun 님이 게시
Ⅰ. 수중 프로펠러의 설계에는 다음과 같은 측면을 고려해야 합니다.
1. 추력 요구 사항: 추진기에 필요한 추력을 계산하여 프로펠러 직경, 비틀림 힘, 블레이드 수 및 기타 매개변수를 결정해야 합니다.
2. 유체역학적 성능: 최고의 유체역학적 성능을 달성하려면 프로펠러 블레이드 모양, 단면 형상, 피치 및 기타 매개변수를 고려해야 합니다.
3. 소음 및 진동: 프로펠러의 구조를 최적화하고, 소음 및 진동을 감소시키며, 프로펠러의 신뢰성 및 수명을 향상시키는 것이 필요합니다.
4. 재료 및 제조: 프로펠러의 강도, 강성 및 내식성을 보장하려면 적절한 재료 및 제조 공정을 선택해야 합니다.
2. 수중 스러스터 프로펠러의 설계에는 여러 가지 요소를 고려해야 하는데, 다음은 이에 대한 보다 자세한 설명과 그에 따른 공식을 제시한다.
1. 추력 요구사항
추력 요구사항은 프로펠러 설계에 있어서 가장 기본적인 요구사항입니다. 요구되는 추력의 크기는 선박의 질량 및 속도와 관련되며 일반적으로 다음 공식으로 계산됩니다.
F = 0.5 * ρ * v ^2 * s * c
여기서 F는 필요한 추력, ρ는 물의 밀도, V는 선박의 속도, S는 선박의 단면적, C는 항력 계수입니다.
2. 유체역학적 성능
유체역학적 성능은 블레이드 모양, 단면 모양, 프로펠러 피치 및 기타 매개변수를 포함하여 프로펠러 설계의 핵심입니다. 이러한 매개변수의 선택은 특정 사용 시나리오와 프로펠러 구조에 따라 결정되어야 합니다.
블레이드 모양: 블레이드 모양은 추력, 효율 및 소음에 영향을 미칩니다. 일반적으로 사용되는 모양은 사다리꼴, 삼각형 또는 직사각형입니다. 블레이드 면적을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
A = F / (ρ * u * (1 - σ))
공식에서 A는 블레이드 면적, u는 블레이드 선형 속도, σ는 프로펠러 슬립 비율입니다.
단면 형상: 단면 형상에는 블레이드 굽힘 곡률 및 비틀림이 포함됩니다. 이러한 매개변수 선택에는 프로펠러의 유체역학적 성능, 소음 및 진동과 같은 요소를 고려해야 합니다.
피치(Pitch): 피치는 프로펠러 블레이드가 축 방향을 따라 1회전할 때 추진되는 거리로, 일반적으로 등피치 또는 가변피치로 선택됩니다.
3. 소음 및 진동
소음과 진동은 프로펠러 설계에 있어 고려해야 할 중요한 요소입니다.
칼날의 두께와 피치를 줄이고, 칼날 수를 늘리고, 칼날의 모양과 각도를 변경하는 등의 작업을 수행합니다.
4. 재료 및 제조
프로펠러의 재질과 제조공정은 프로펠러의 성능과 수명에 영향을 미칩니다. 일반적으로 사용되는 재질로는 탄소강, 스테인리스강, 알루미늄합금 등이 있으며, 제조 공정에는 주조, 단조, 절단 등이 포함됩니다.
Ⅲ, 프로펠러 설계 세부 사항
블레이드 면적 계산식에서 F는 필요한 추력으로, 선박의 질량과 속도를 기준으로 계산해야 합니다. 블레이드의 선형 속도 u는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
u = π * D * n / 60
여기서 D는 프로펠러 직경이고 n은 속도입니다. 블레이드 면적을 계산할 때 추력이 각 블레이드에 비례하여 분배된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
프로펠러의 슬립비(σ)는 실제 추진 거리와 이론 추진 거리의 비율로, 일반적으로 0.05~0.2 사이이다. 슬립 비율은 공식으로 계산됩니다.
σ = (n * D - V) / (n * D)
공식에서 n은 회전 속도, D는 프로펠러 직경, V는 선박 속도입니다.
프로펠러의 비틀림은 프로펠러 블레이드의 비틀림으로, 일반적으로 선형 비틀림 또는 2차 비틀림입니다. 비틀림 각도는 다음 공식으로 계산됩니다.
θ = 2 * π * r * tan(ψ) / p
공식에서 r은 블레이드 반경, Φ는 비틀림 각도, p는 피치입니다.
프로펠러의 저항계수 C는 단위 면적당 저항의 양으로 일반적으로 실험이나 시뮬레이션을 통해 결정해야 합니다. 일반적으로 사용되는 계산 방법에는 난류 시뮬레이션, 풍동 실험 등이 포함됩니다.
IV.프로펠러 설계 시 고려사항
프로펠러 직경과 블레이드 수는 필요한 추력에 따라 결정되어야 합니다. 직경이 너무 작으면 추력이 부족해지고 직경이 너무 크면 유체역학적 저항이 증가하고 제조 비용이 증가합니다. 블레이드 수의 선택은 블레이드 사이의 간격 및 저항과 같은 요소를 고려해야 합니다. 일반적으로 블레이드 수가 많을수록 추력은 커지지만 소음과 진동도 증가합니다.
블레이드의 모양, 단면 모양 및 피치는 필요한 추력 및 유체역학적 성능을 기준으로 선택해야 합니다. 다양한 블레이드 모양과 단면 모양은 추력, 효율성 및 소음에 영향을 미칩니다.