[发明专利]纤维增强复合材料船用螺旋桨叶片的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨叶片的优化设计方法。

背景技术

近年来，随着各类新型舰艇及高速船舶日益发展，对螺旋桨振动、噪声以 及推进性能的要求也显著提高。尽管目前已有很多新型金属螺旋桨(如大侧斜 螺旋桨，导管螺旋桨，泵喷导管螺旋桨)相继出现，但它们都往往难以在推进 性能、噪声及质量等多方面达到一个良好的平衡。

目前，纤维增强复合材料在船舶领域的广泛使用给螺旋桨的设计者提供了 全新的契机。但国内在此方面仍处于起步阶段，缺乏系统完善的纤维增强复合 材料船用螺旋桨设计方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决纤维增强复合材料螺旋桨设计方法不完善的问 题，提出了一种纤维增强复合材料船用螺旋桨叶片的优化设计方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述优化设计方法由以下 步骤实现的：

步骤一：用单向碳纤维与环氧树脂复合，制作碳纤维复合材料标准试中， 并完成试验测试，获取弹性常数及泊松比性能参数，其中：在X，Y，Z方向的 弹性模量均大于8e9Pa，泊松比大于0.2、剪切模量大于3e9Pa；

步骤二：根据高速金属螺旋桨桨叶型值数据，使用三维实体构型软件UG 构建纤维增强复合材料船用螺旋桨的几何模型；

步骤三：将纤维增强复合材料船用螺旋桨的几何模型导入有限元软件 ANSYS中，选取单元类型SOLID46对其进行网格划分，并结合步骤一中实验获 取的弹性常数及泊松比性能参数，初步设计选定的铺层方式 构建纤维增强复合材料船用螺旋桨叶片的有限 元模型；

步骤四：将纤维增强复合材料船用螺旋桨的几何模型导入计算流体力学分 析软件的前处理器GAMBIT，建立流体域，完成流体网格的划分；

步骤五：结合纤维增强复合材料船用螺旋桨的运行工况，即进速比 J＝V_a/nD，转速n及水动力性能即推力系数K_T＝T/ρn²D⁴，扭矩系数 K_Q＝Q/ρn²D⁵，效率η＝JK_T/2πK_Q的设计要求，建立基于RANS方程的流体 动力学计算分析模型，如公式(1)