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  本文關(guān)鍵詞：基于智能材料的可變形螺旋槳的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2015年

基于智能材料的可變形螺旋槳的研究

陳凡龍  

【摘要】：螺旋槳作為一種艦船上應(yīng)用最廣泛的推進(jìn)器,它的性能優(yōu)劣對(duì)艦船的整體性能將產(chǎn)生重大影響。隨著艦船對(duì)于推進(jìn)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(jìn)器的研究進(jìn)展,目前大致有兩種解決方案去提高推進(jìn)器的性能:一種方案是通過(guò)對(duì)螺旋槳進(jìn)一步的改進(jìn)以期提高其性能,而另一種方案是尋求其他推進(jìn)方式的推進(jìn)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(jìn)了常規(guī)的艦船螺旋槳,設(shè)計(jì)了一種可以根據(jù)具體工況主動(dòng)改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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了通過(guò)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(dòng)器結(jié)構(gòu),通過(guò)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)位移,經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞后,驅(qū)動(dòng)后緣襟翼產(chǎn)生繞軸偏轉(zhuǎn)的角位移。本文設(shè)計(jì)了一種位移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并布置于槳葉中,從而將驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)位移傳遞于變形襟翼,推動(dòng)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(jìn)效率。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)本文調(diào)研了國(guó)內(nèi)外對(duì)于螺旋槳理論、可變形螺旋槳研究的研究現(xiàn)狀,重點(diǎn)對(duì)于利用CFD方法計(jì)算螺旋槳的水動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)行了調(diào)研。(2)對(duì)于CFD數(shù)值方法的基本理論進(jìn)行了闡述,本文給出了用于計(jì)算螺旋槳流體動(dòng)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(yùn)方程。(3)本文利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行了編程計(jì)算,將二維平面型值點(diǎn)轉(zhuǎn)化為三維空間坐標(biāo)型值點(diǎn),利用SOLIDWORKS三維建模軟件設(shè)計(jì)了一傳統(tǒng)雙葉螺旋槳,然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)——菱形放大機(jī)構(gòu)和橢圓放大機(jī)構(gòu),利用ANSYS WORKBENCH分析了兩種放大機(jī)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(jī)構(gòu)對(duì)壓電疊堆位移進(jìn)行了放大;設(shè)計(jì)了一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu),連接了變形襟翼,獲得了所要設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)模擬的幾何簡(jiǎn)化模型;利用3D打印技術(shù),利用ABS塑料制備了一只簡(jiǎn)化的可變形螺旋槳模型。(4)基于可變形螺旋槳的模型設(shè)計(jì)與簡(jiǎn)化等研究工作,本文對(duì)可變形螺旋槳進(jìn)行了敞水性能模擬,并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比與分析,當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速為900rpm時(shí),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(jìn)速系數(shù)為0.3~0.7五種情況下,利用流體動(dòng)力學(xué)分析軟件FLUENT對(duì)可變形螺旋槳進(jìn)行了敞水性能的模擬研究,獲得了其推進(jìn)力(推力系數(shù)),轉(zhuǎn)力矩(轉(zhuǎn)力矩系數(shù))和推進(jìn)效率隨偏轉(zhuǎn)角度或進(jìn)速系數(shù)的變化趨勢(shì),從而為可變形螺旋槳的襟翼主動(dòng)變形的控制提供了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.33
【目錄】：

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