วิธีการออกแบบใบพัดใต้น้ำ?

1. ข้อกำหนดด้านแรงขับ: จำเป็นต้องกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด แรงบิด จำนวนใบพัด และพารามิเตอร์อื่น ๆ โดยการคำนวณแรงขับที่ต้องการโดยทรัสเตอร์

2. สมรรถนะทางอุทกพลศาสตร์: ต้องพิจารณารูปร่างใบพัด รูปร่างหน้าตัด ระยะพิทช์ และพารามิเตอร์อื่นๆ เพื่อให้ได้สมรรถนะทางอุทกพลศาสตร์ที่ดีที่สุด

3. เสียงและการสั่นสะเทือน: จำเป็นต้องปรับโครงสร้างของใบพัดให้เหมาะสม ลดเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของใบพัด

4. วัสดุและการผลิต: จำเป็นต้องเลือกวัสดุและกระบวนการผลิตที่เหมาะสมเพื่อให้มั่นใจถึงความแข็งแรง ความแข็ง และความต้านทานการกัดกร่อนของใบพัด

Ⅱ การออกแบบใบพัดแบบทรัสเตอร์ใต้น้ำจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ ต่อไปนี้จะอธิบายในรายละเอียดเพิ่มเติมและให้สูตรที่เกี่ยวข้อง

1. ข้อกำหนดด้านแรงผลักดัน

ข้อกำหนดด้านแรงขับเป็นข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดในการออกแบบใบพัด ขนาดของแรงขับที่ต้องการนั้นสัมพันธ์กับมวลและความเร็วของเรือ และโดยทั่วไปจะคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:

F = 0.5 * ρ * v ^2 * s * ค

โดยที่ F คือแรงขับที่ต้องการ ρ คือความหนาแน่นของน้ำ V คือความเร็วของเรือ S คือพื้นที่หน้าตัดของเรือ และ C คือสัมประสิทธิ์การลาก

2. ประสิทธิภาพอุทกพลศาสตร์

สมรรถนะทางอุทกพลศาสตร์เป็นกุญแจสำคัญในการออกแบบใบพัด รวมถึงรูปร่างของใบพัด รูปร่างหน้าตัด ระยะพิทช์ของใบพัด และพารามิเตอร์อื่นๆ การเลือกพารามิเตอร์เหล่านี้จำเป็นต้องพิจารณาจากสถานการณ์การใช้งานเฉพาะและโครงสร้างใบพัด

รูปร่างใบมีด: รูปร่างของใบมีดมีผลกระทบต่อแรงขับ ประสิทธิภาพ และเสียงรบกวน รูปร่างที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สี่เหลี่ยมคางหมู สามเหลี่ยม หรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า สูตรคำนวณพื้นที่ใบมีดคือ

A = F / (ρ * u * (1 - σ))

ในสูตร A คือพื้นที่ใบพัด u คือความเร็วเชิงเส้นของใบพัด และ σ คืออัตราส่วนการลื่นของใบพัด

รูปร่างหน้าตัด: รูปร่างหน้าตัดประกอบด้วยความโค้งและการบิดของใบมีด การเลือกพารามิเตอร์เหล่านี้จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น สมรรถนะทางอุทกพลศาสตร์ของใบพัด เสียงและการสั่นสะเทือน

ระยะพิทช์ (Pitch): ระยะพิทช์คือระยะที่ขับเคลื่อนโดยการหมุนใบพัด 1 รอบตามทิศทางตามแนวแกน โดยปกติแล้วจะเลือกให้เป็นระยะพิทช์เท่ากันหรือพิทช์แปรผัน

3. เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน

เสียงและการสั่นสะเทือนเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบใบพัด

ลดความหนาและระยะพิทช์ของใบมีด, เพิ่มจำนวนใบมีด, เปลี่ยนรูปร่างและมุมของใบมีด ฯลฯ

4. วัสดุและการผลิต

วัสดุและกระบวนการผลิตของใบพัดมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของใบพัด วัสดุที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน สแตนเลส อลูมิเนียมอัลลอยด์ ฯลฯ และกระบวนการผลิต ได้แก่ การหล่อ การตีขึ้นรูป การตัด เป็นต้น

Ⅲรายละเอียดการออกแบบใบพัด

ในสูตรการคำนวณพื้นที่ใบมีด F คือแรงขับที่ต้องการ ซึ่งจะต้องคำนวณตามมวลและความเร็วของเรือ ความเร็วเชิงเส้น u ของใบมีดสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

ยู = π * ง * n / 60

โดยที่ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด และ n คือความเร็ว สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าเมื่อคำนวณพื้นที่ใบมีด แรงขับจะกระจายตามสัดส่วนไปยังใบมีดแต่ละใบ

อัตราส่วนการสลิป σ ของใบพัดคืออัตราส่วนของระยะขับเคลื่อนจริงต่อระยะขับเคลื่อนตามทฤษฎี โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 0.05 ~ 0.2 อัตราส่วนสลิปคำนวณโดยสูตร

σ = (n * D - V) / (n * D)

ในสูตร n คือความเร็วในการหมุน D คือเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด และ V คือความเร็วของเรือ

การบิดของใบพัดคือการบิดของใบพัด ซึ่งมักจะบิดเป็นเส้นตรงหรือบิดรอง มุมบิดคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้

θ = 2 * π * r * ผิวสีแทน(φ) / p

ในสูตร r คือรัศมีใบมีด φ คือมุมการบิด และ p คือระยะห่าง

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน C ของใบพัดคือปริมาณความต้านทานต่อหน่วยพื้นที่ และโดยปกติจะต้องถูกกำหนดโดยการทดลองหรือการจำลอง วิธีการคำนวณที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การจำลองความปั่นป่วน การทดลองในอุโมงค์ลม ฯลฯ

IV ข้อพิจารณาบางประการในการออกแบบใบพัด

ต้องกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดและจำนวนใบพัดตามแรงขับที่ต้องการ เส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กเกินไปจะส่งผลให้มีแรงขับไม่เพียงพอ และเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่เกินไปจะทำให้ความต้านทานทางอุทกพลศาสตร์และต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น การเลือกจำนวนใบมีดต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ช่องว่างและความต้านทานระหว่างใบมีด โดยทั่วไป ยิ่งจำนวนใบมีดมาก แรงขับก็จะมากขึ้น แต่ก็จะเพิ่มเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนด้วย

ต้องเลือกรูปร่าง รูปร่างหน้าตัด และระยะพิทช์ของใบมีดโดยพิจารณาจากแรงขับและประสิทธิภาพอุทกพลศาสตร์ที่ต้องการ รูปร่างใบมีดและรูปร่างหน้าตัดที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อแรงขับ ประสิทธิภาพ และเสียงรบกวน