基于智能材料的可變形螺旋槳的研究.pdf

1、螺旋槳作為一種艦船上應(yīng)用最廣泛的推進器，它的性能優(yōu)劣對艦船的整體性能將產(chǎn)生重大影響。隨著艦船對于推進器的要求逐漸提高，目前廣泛使用的常規(guī)合金螺旋槳已經(jīng)逐漸不能滿足航行的需求。根據(jù)艦船推進器的研究進展，目前大致有兩種解決方案去提高推進器的性能：一種方案是通過對螺旋槳進一步的改進以期提高其性能，而另一種方案是尋求其他推進方式的推進器。本文基于第一種解決方案，提出了“可變形螺旋槳”概念，改進了常規(guī)的艦船螺旋槳，設(shè)計了一種可以根據(jù)具體工況主動改

2、變自身形狀的艦船螺旋槳以期適應(yīng)不同工作環(huán)境。本文基于壓電疊堆驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計了一種可變形艦船用螺旋槳，利用螺旋槳附帶的可變形后緣襟翼，實現(xiàn)了通過調(diào)整變形襟翼的偏轉(zhuǎn)角度改變螺旋槳局部彎度的功能。選取了一種壓電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動器產(chǎn)生的驅(qū)動位移，經(jīng)傳動機構(gòu)傳遞后，驅(qū)動后緣襟翼產(chǎn)生繞軸偏轉(zhuǎn)的角位移。本文設(shè)計了一種位移傳動機構(gòu)并布置于槳葉中，從而將驅(qū)動器的驅(qū)動位移傳遞于變形襟翼，推動變形襟翼繞軸偏轉(zhuǎn)。隨著變形襟翼偏轉(zhuǎn)角度的不同，可變形螺旋槳葉具有

3、不同的局部彎度，可使艦船獲得不同的推力、轉(zhuǎn)力矩和推進效率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴調(diào)研了國內(nèi)外對于螺旋槳理論、可變形螺旋槳研究的研究現(xiàn)狀，重點對于利用CFD方法計算螺旋槳的水動力學(xué)研究進行了調(diào)研。⑵對于CFD數(shù)值方法的基本理論進行了闡述，本文給出了用于計算螺旋槳流體動力學(xué)理論的三大守恒定律及其控制方程、湍流模型及其輸運方程。⑶利用坐標轉(zhuǎn)換公式進行了編程計算，將二維平面型值點轉(zhuǎn)化為三維空間坐標型值點，利用SOLIDWORKS三維

4、建模軟件設(shè)計了一傳統(tǒng)雙葉螺旋槳，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計了變形襟翼，選取了襟翼所在位置和襟翼大小以及襟翼形狀；選擇了兩種用以放大壓電疊堆位移的放大機構(gòu)——菱形放大機構(gòu)和橢圓放大機構(gòu)，利用ANSYS WORKBENCH分析了兩種放大機構(gòu)的放大性能，根據(jù)仿真結(jié)果，選取了放大性能更好的菱形放大機構(gòu)對壓電疊堆位移進行了放大；設(shè)計了一種傳動機構(gòu)，連接了變形襟翼，獲得了所要設(shè)計的完整的可變形螺旋槳模型以及用于可變形螺旋槳的流體動力學(xué)模擬的幾何簡化模型；利

5、用3D打印技術(shù)，利用ABS塑料制備了一只簡化的可變形螺旋槳模型。⑷基于可變形螺旋槳的模型設(shè)計與簡化等研究工作，對可變形螺旋槳進行了敞水性能模擬，并對模擬結(jié)果進行了對比與分析，當螺旋槳轉(zhuǎn)速為900rpm時，在變形襟翼的偏轉(zhuǎn)角度為-5°~+5°十一種偏轉(zhuǎn)角度下，螺旋槳在進速系數(shù)為0.3~0.7五種情況下，利用流體動力學(xué)分析軟件FLUENT對可變形螺旋槳進行了敞水性能的模擬研究，獲得了其推進力(推力系數(shù))，轉(zhuǎn)力矩(轉(zhuǎn)力矩系數(shù))和推進效率隨偏轉(zhuǎn)