Как сконструировать подводный гребной винт?

1. Требования к тяге: необходимо определить диаметр винта, силу скручивания, количество лопастей и другие параметры, рассчитав тягу, необходимую подруливающему устройству.

2. Гидродинамические характеристики. Для достижения наилучших гидродинамических характеристик необходимо учитывать форму лопастей гребного винта, форму поперечного сечения, шаг и другие параметры.

3. Шум и вибрация: необходимо оптимизировать конструкцию гребного винта, снизить шум и вибрацию, а также повысить надежность и срок службы гребного винта.

4. Материалы и производство: необходимо выбрать соответствующие материалы и производственные процессы, чтобы обеспечить прочность, жесткость и коррозионную стойкость гребного винта.

Ⅱ.При проектировании подводных подруливающих винтов необходимо учитывать несколько факторов.Ниже будет объяснено более подробно и приведены соответствующие формулы.

1. Требования к тяге

Требование к тяге является самым основным требованием при проектировании воздушного винта. Величина требуемой тяги зависит от массы и скорости корабля и обычно рассчитывается по следующей формуле:

F = 0,5*ρ*v^2*s*c

где F — необходимая тяга, ρ — плотность воды, V — скорость корабля, S — площадь поперечного сечения корабля, С — коэффициент лобового сопротивления.

2. Гидродинамические характеристики

Гидродинамические характеристики являются ключом к конструкции гребного винта, включая форму лопастей, форму поперечного сечения, шаг гребного винта и другие параметры. Выбор этих параметров необходимо определять на основе конкретного сценария использования и конструкции гребного винта.

Форма лопасти. Форма лопасти влияет на тягу, эффективность и уровень шума. Обычно используемые формы — трапеция, треугольник или прямоугольник. Формула расчета площади лопасти:

A = F/(ρ*u*(1 – σ))

В формуле A — площадь лопасти, u — линейная скорость лопасти, а σ — коэффициент скольжения гребного винта.

Форма поперечного сечения: Форма поперечного сечения включает кривизну изгиба и кручение лопасти. При выборе этих параметров необходимо учитывать такие факторы, как гидродинамические характеристики гребного винта, а также шум и вибрация.

Шаг: Шаг – это расстояние, на которое лопасти гребного винта перемещаются за один оборот в осевом направлении. Обычно его выбирают равным или переменным.

3. Шум и вибрация.

Шум и вибрация являются важными факторами, которые следует учитывать при проектировании гребного винта.

Уменьшите толщину и шаг лопастей, увеличьте количество лопастей, измените форму и угол наклона лопастей и т. д.

4. Материалы и производство

Материал и процесс изготовления гребного винта влияют на его производительность и срок службы. Обычно используемые материалы включают углеродистую сталь, нержавеющую сталь, алюминиевый сплав и т. д., а производственные процессы включают литье, ковку, резку и т. д.

Ⅲ, детали конструкции пропеллера

В формуле расчета площади лопастей F — это необходимая тяга, которую необходимо рассчитать, исходя из массы и скорости корабля. Линейную скорость u лопасти можно рассчитать по следующей формуле:

и = π * D * n/60

Где D — диаметр пропеллера, а n — скорость. Важно отметить, что при расчете площади лопастей тяга распределяется пропорционально каждой лопасти.

Коэффициент скольжения σ гребного винта представляет собой отношение фактического расстояния движения к теоретическому расстоянии движения, обычно в пределах 0,05 ~ 0,2. Коэффициент скольжения рассчитывается по формуле

σ = (n*D - V)/(n*D)

В формуле n — скорость вращения, D — диаметр гребного винта, V — скорость корабля.

Скручивание гребного винта — это скручивание лопастей гребного винта, обычно линейное скручивание или вторичное скручивание. Угол закручивания рассчитывается по следующей формуле

θ = 2 * π * r * tan(φ) / p

В формуле r — радиус лопасти, φ — угол закручивания, а p — шаг.

Коэффициент сопротивления C гребного винта представляет собой величину сопротивления на единицу площади и обычно должен определяться посредством экспериментов или моделирования. Обычно используемые методы расчета включают моделирование турбулентности, эксперименты в аэродинамической трубе и т. д.

IV. Некоторые соображения по поводу конструкции воздушного винта

Диаметр воздушного винта и количество лопастей необходимо определять исходя из требуемой тяги. Слишком маленький диаметр приведет к недостаточной тяге, а слишком большой диаметр увеличит гидродинамическое сопротивление и затраты на производство. При выборе количества лопастей необходимо учитывать такие факторы, как зазор и сопротивление между лопастями. Вообще говоря, чем больше количество лопастей, тем больше тяга, но при этом увеличивается шум и вибрация.

Форму, форму поперечного сечения и шаг лопастей необходимо выбирать исходя из требуемых тяговых и гидродинамических характеристик. Различные формы лопастей и формы поперечного сечения будут влиять на тягу, эффективность и уровень шума.