[發明專利]一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法

在審

• 申請號: 202011409905.6
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112874719A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 傅江妍;陳曦;賀懿麗;朱江波;趙陽
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: B63B71/10
• 分類號: B63B71/10;G06F30/15;G06F30/23;B63H1/26
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 許麗

1.一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：根據螺旋槳冰級確定槳葉承受冰載荷的大小、區域和方向；

第二步：冰區航行船舶螺旋槳初步方案強度分析有限元網格劃分；

第三步：有限元強度計算分析；

第四步：螺旋槳槳葉優化設計；

第五步：對修改后的槳葉方案進行有限元計算分析，若方案不能同時滿足極限強度和疲勞強度衡準，或滿足要求但結果冗余度較大，則根據第五步的方法繼續對進行迭代修改，直到得到滿足第三步中的強度衡準；

第六步，采用CFD數值仿真或模型試驗等手段，對迭代修改后的槳葉進行敞水性能評估，驗證其是否滿足船舶在開敞水域的快速性要求；

第七步，確定最終槳葉優化方法，繪制槳葉圖。

2.如權利要求1所述的一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法，其特征在于，所述第一步中：根據螺旋槳冰級及設計參數確定冰載荷大小，吸力面冰載荷大小為：

壓力面冰載荷大小為：

其中，S_ice、H_ice為根據PC級確定的系數；

n為螺旋槳冰區航行最大轉速(MCR)，單位rps；

D為槳葉直徑，單位m；

d為槳轂直徑，單位m；

EAR為盤面比；

Z為槳葉數；

3.如權利要求2所述的一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法，其特征在于，根據冰載荷范圍的不同，主要分為以下四個不同載荷工況：

(1)載荷大小為F_b，均布在吸力面上從0.6R到葉梢并從導邊延伸0.2倍弦長的區域，方向垂直于0.7R處弦線向后；

(2)載荷大小為0.5F_b，均布在吸力上0.9R以外的葉梢區域，方向垂直于0.7R處弦線向后；

(3)載荷大小為F_f，均布在壓力面上從0.6R到葉梢并從導邊延伸0.2倍弦長的區域，方向垂直于0.7R處弦線向前；

(4)載荷大小為0.5F_f，均布在壓力面上0.9R以外的葉梢區域，方向垂直于0.7R處弦線向前。

4.如權利要求3所述的一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法，其特征在于，所述第二步中：采用有限元方法進行螺旋槳冰載荷下的槳葉強度分析，根據冰區航行船舶螺旋槳設計參數幾何關系，將螺旋槳初步方案的幾何參數徑向分布和葉剖面參數轉換為空間點坐標值；利用三維軟件構建空間點，將各個半徑處空間點連成剖面輪廓線，將剖面輪廓線首尾端點連成導邊和隨邊輪廓線，再根據輪廓線構建葉面和葉背空間曲面，檢查曲面質量并進行修整以滿足有限元分析要求。

5.如權利要求4所述的一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法，其特征在于，對螺旋槳槳葉幾何模型進行網格劃分，為了能夠表現出結構的復合三維應力狀態，并達到可接受的精度，螺旋槳劃分網格采用六面體或四面體空間體單元；葉片最薄區域沿葉片厚度方向劃分≥2個體單元，并且保持單元形狀良好。

6.如權利要求5所述的一種提高抗冰載荷能力的冰區船舶螺旋槳槳葉優化方法，其特征在于，所述第三步中采用第二步得到的有限元分析網格，在葉根處約束所有自由度，分別按照第一步中確定的四個工況進行加載，開展有限元計算，得到螺旋槳各個工況下的應力分布，根據極限強度衡準和疲勞強度衡準分析螺旋槳強度情況。