[發明專利]碳纖維復合材料船用螺旋槳的設計方法

無效

• 申請號: 200910073261.5
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN101706833A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 赫曉東;洪毅;王榮國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B63H1/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 畢志銘

技術領域

本發明涉及一種螺旋槳的設計方法。

背景技術

20世紀70年代以來，隨著各類新型艦艇及高速船舶日益發展，世界上的船舶噸位和主機功率迅速增大，對螺旋槳振動、噪聲以及推進性能的要求也顯著提高。與傳統的金屬螺旋槳相比，碳纖維復合材料船用螺旋槳具有低振動、低噪音、輕質高效、耐海水腐蝕和易維修的特點。由于碳纖維復合材料與金屬材料之間有著本質的區別，因此在螺旋槳的設計上存在著較大差異。

目前，碳纖維復合材料在船舶領域的廣泛使用給螺旋槳的設計者提供了全新的契機。與傳統的金屬材料相比，碳纖維復合材料具有材料體系多樣性，比強度比剛度高，阻尼性能優異，結構組成形式可設計等優點，這就為螺旋槳多方面性能要求(推進性能、噪聲、質量)的滿足提供了基礎。現有的碳纖維復合材料船用螺旋槳采用金屬螺旋槳型值，沒有考慮到螺旋槳在實際運轉狀況下的流-固耦合作用，導致現有的碳纖維復合材料螺旋槳效率低，不能有效滿足艦船推進性能的要求。目前碳纖維復合材料螺旋槳的設計以及制備還處在起步階段，缺乏系統完善的碳纖維復合材料螺旋槳設計方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前碳纖維復合材料螺旋槳的設計方法不完善的問題，進而提供了一種碳纖維復合材料船用螺旋槳的設計方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：所述優化設計方法由以下步驟實現的：

步驟一：用單向碳纖維或斜紋碳纖維布與環氧樹脂復合，制作碳纖維復合材料標準試件，并完成試驗測試，獲取彈性常數，泊松比性能參數，其中彈性常數為EX＝1.1e11Pa，EY＝EZ＝8.97e9Pa，泊松比0.34、剪切模量3.9e9Pa；

步驟二：根據MAU型金屬螺旋槳的幾何型值，使用三維實體構型軟件UG構建碳纖維復合材料螺旋槳的幾何模型；

步驟三：將碳纖維復合材料螺旋槳的幾何模型導入有限元軟件ANSYS中，選取單元類型SOLID46對其進行網格劃分，并結合步驟一中實驗獲取的材料性能參數及初步設計選定的鋪層方式構建碳纖維復合材料螺旋槳葉的有限元模型；

步驟四：將碳纖維復合材料螺旋槳的幾何模型導入計算流體力學分析軟件的前處理器GAMBIT，建立流體域，完成流體網格的劃分；

步驟五：結合碳纖維復合材料螺旋槳的運行工況(進速比J＝V_a/nD，轉速n，)及水動力性能(推力系數K_T＝T/ρn²D⁴，扭矩系數K_Q＝Q/ρn²D⁵，效率η＝JK_T/2πK_Q)的設計要求，建立基于RANS方程的流體動力學計算分析模型，如公式(1)