[发明专利]一种大尺寸可拆卸式复合材料螺旋桨设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料螺旋桨设计方法，具体涉及一种大尺寸可拆卸式复合材料螺旋桨设计方法。

背景技术

复合材料螺旋桨作为水下航行的一种新型推进器，具有轻质、高效、低振动、低噪音、耐海水腐蚀和易维修等特点，因此，近几十年来很多国家都将目光投向了复合材料螺旋桨的设计与制造，因为它不仅在军事方面有着重大的研究意义，而且在普通船用螺旋桨的使用上也充分显示了其优越性。过去，各国声场的复合材料螺旋桨大多仅适用于小型舰船，当今所面临的挑战是加大复合材料螺旋桨的设计尺寸以适用于大型舰船，国外很多国家在这方面已经初见成效。例如，2003年美国的科学技术组织QinetiQ就成功设计、制造了一个直径为2.9米的复合材料船用螺旋桨，并取得了海上试验的成功。此外，德国也将复合材料螺旋桨应用于206A与212A潜艇上，在进行1∶2和1∶1复合材料螺旋桨桨叶的材料疲劳试验及螺旋桨声学信号试验中，均表现出良好的测试结果。

尽管过去设计并应用的复合材料螺旋桨已满足船舶部门提出的设计需求：由复合材料桨叶与金属桨毂组装而成，在实现螺旋桨减振降噪的同时，有效延长了使用寿命，节约了成本，但对于大尺寸复合材料螺旋桨而言，其金属桨毂的重量往往能占螺旋桨总重量的1/2，增加了螺旋桨的重量，提高了船体的振动。

发明内容

本发明为解决现有大尺寸复合材料螺旋桨的金属桨毂的重量较大，增加了整个螺旋桨的重量，提高了船体振动的问题，进而提出一种大尺寸可拆卸式复合材料螺旋桨设计方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的具体步骤为：

步骤一、设计复合材料桨叶，具体设计步骤为：

步骤一(一)、在复合材料桨叶的楔形叶根两侧分别各设置一个凸台；

步骤一(二)、初始选定复合材料桨叶的楔形叶根的宽度a₀、厚度b₀，楔形叶根与桨毂连接处的导圆角Φ₀、楔形叶根的楔形截面倒锥角度ω₀、凸台宽度a′₀和凸台厚度b′₀，结合以上参数选定复合材料桨叶的楔形叶根的初始设计方案；

步骤一(三)、根据复合材料桨叶的几何型值，结合复合材料桨叶的楔形叶根的初始设计方案，使用三维实体构型软件构建复合材料桨叶及复合材料螺旋桨的几何模型；

步骤一(四)、将复合材料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，划分流体网格，构建水动力模型；

步骤一(五)、利用基于RANS方程的计算流体动力学方法计算复合螺旋桨的水动力性能：