[發(fā)明專利]碳纖維復(fù)合材料船用螺旋槳的設(shè)計(jì)方法無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 200910073261.5 | 申請日: | 2009-11-25 |
| 公開(公告)號: | CN101706833A | 公開(公告)日: | 2010-05-12 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 赫曉東;洪毅;王榮國 | 申請(專利權(quán))人: | 哈爾濱工業(yè)大學(xué) |
| 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(biāo)事務(wù)所 23109 | 代理人: | 畢志銘 |
| 地址: | 150001 黑龍*** | 國省代碼: | 黑龍江;23 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 碳纖維 復(fù)合材料 螺旋槳 設(shè)計(jì) 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種螺旋槳的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)
20世紀(jì)70年代以來,隨著各類新型艦艇及高速船舶日益發(fā)展,世界上的船舶噸位和主機(jī)功率迅速增大,對螺旋槳振動、噪聲以及推進(jìn)性能的要求也顯著提高。與傳統(tǒng)的金屬螺旋槳相比,碳纖維復(fù)合材料船用螺旋槳具有低振動、低噪音、輕質(zhì)高效、耐海水腐蝕和易維修的特點(diǎn)。由于碳纖維復(fù)合材料與金屬材料之間有著本質(zhì)的區(qū)別,因此在螺旋槳的設(shè)計(jì)上存在著較大差異。
目前,碳纖維復(fù)合材料在船舶領(lǐng)域的廣泛使用給螺旋槳的設(shè)計(jì)者提供了全新的契機(jī)。與傳統(tǒng)的金屬材料相比,碳纖維復(fù)合材料具有材料體系多樣性,比強(qiáng)度比剛度高,阻尼性能優(yōu)異,結(jié)構(gòu)組成形式可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),這就為螺旋槳多方面性能要求(推進(jìn)性能、噪聲、質(zhì)量)的滿足提供了基礎(chǔ)?,F(xiàn)有的碳纖維復(fù)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(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下的流-固耦合作用,導(dǎo)致現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料螺旋槳效率低,不能有效滿足艦船推進(jìn)性能的要求。目前碳纖維復(fù)合材料螺旋槳的設(shè)計(jì)以及制備還處在起步階段,缺乏系統(tǒng)完善的碳纖維復(fù)合材料螺旋槳設(shè)計(jì)方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前碳纖維復(fù)合材料螺旋槳的設(shè)計(jì)方法不完善的問題,進(jìn)而提供了一種碳纖維復(fù)合材料船用螺旋槳的設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:所述優(yōu)化設(shè)計(jì)方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
步驟一:用單向碳纖維或斜紋碳纖維布與環(huán)氧樹脂復(fù)合,制作碳纖維復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試件,并完成試驗(yàn)測試,獲取彈性常數(shù),泊松比性能參數(shù),其中彈性常數(shù)為EX=1.1e11Pa,EY=EZ=8.97e9Pa,泊松比0.34、剪切模量3.9e9Pa;
步驟二:根據(jù)MAU型金屬螺旋槳的幾何型值,使用三維實(shí)體構(gòu)型軟件UG構(gòu)建碳纖維復(fù)合材料螺旋槳的幾何模型;
步驟三:將碳纖維復(fù)合材料螺旋槳的幾何模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS中,選取單元類型SOLID46對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并結(jié)合步驟一中實(shí)驗(yàn)獲取的材料性能參數(shù)及初步設(shè)計(jì)選定的鋪層方式構(gòu)建碳纖維復(fù)合材料螺旋槳葉的有限元模型;
步驟四:將碳纖維復(fù)合材料螺旋槳的幾何模型導(dǎo)入計(jì)算流體力學(xué)分析軟件的前處理器GAMBIT,建立流體域,完成流體網(wǎng)格的劃分;
步驟五:結(jié)合碳纖維復(fù)合材料螺旋槳的運(yùn)行工況(進(jìn)速比J=Va/nD,轉(zhuǎn)速n,)及水動力性能(推力系數(shù)KT=T/ρn2D4,扭矩系數(shù)KQ=Q/ρn2D5,效率η=JKT/2πKQ)的設(shè)計(jì)要求,建立基于RANS方程的流體動力學(xué)計(jì)算分析模型,如公式(1)
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