Bagaimana merancang baling-baling pendorong bawah air?

Diposting oleh Fengyukun pada

Ⅰ. Perancangan baling-baling pendorong bawah air memiliki aspek-aspek berikut yang perlu dipertimbangkan

1Permintaan gaya dorong: perlu untuk menentukan diameter baling-baling, torsi, jumlah bilah dan parameter lainnya dengan menghitung gaya dorong yang dibutuhkan oleh pendorong..

2, kinerja hidrodinamik: perlu mempertimbangkan bentuk bilah baling-baling, bentuk penampang, pitch dan parameter lainnya untuk mencapai kinerja hidrodinamik terbaik.

3, kebisingan dan getaran: kebutuhan untuk mengoptimalkan struktur baling-baling untuk mengurangi kebisingan dan getaran, meningkatkan keandalan dan masa pakai baling-baling.

4Bahan dan manufaktur: Bahan dan proses manufaktur yang sesuai harus dipilih untuk memastikan kekuatan, kekakuan dan ketahanan korosi pada baling-baling..

 

Ⅱ, perancangan baling-baling pendorong bawah air memerlukan pertimbangan beberapa faktor, yang akan dijelaskan lebih rinci di bawah ini dan diberikan rumus yang sesuai

1 Persyaratan dorongt

Persyaratan gaya dorong merupakan persyaratan paling mendasar untuk desain baling-baling. Besarnya kebutuhan gaya dorong berhubungan dengan massa dan kecepatan kapal dan biasanya dihitung dengan persamaan berikut:

F = 0,5 * ρ * V^2 * S * C

Dimana F adalah gaya dorong yang dibutuhkan, ρ adalah massa jenis air, V adalah kecepatan kapal, S adalah luas penampang kapal, dan C adalah koefisien hambatan.

2Kinerja hidrodinamike

Performa hidrodinamik adalah kunci desain baling-baling, termasuk bentuk sudu, bentuk penampang, pitch, dan parameter lainnya. Pemilihan parameter ini perlu ditentukan sesuai dengan skenario penggunaan spesifik dan struktur baling-baling.

Bentuk bilah: Bentuk bilah berdampak pada gaya dorong, efisiensi dan kebisingan, dll. Bentuk bilah yang biasa digunakan adalah trapesium, segitiga, atau persegi panjang. Rumus untuk menghitung luas bilah adalah

A = F / (ρ * u * (1 - σ))

Dimana, A adalah luas sudu, u adalah kecepatan linier sudu, σ adalah rasio slip baling-baling.

Bentuk penampang: Bentuk penampang meliputi kelengkungan dan torsi lentur sudu, dan pemilihan parameter ini perlu mempertimbangkan kinerja hidrodinamik baling-baling dan getaran kebisingan serta faktor lainnya.

Pitch: Pitch adalah jarak yang didorong oleh bilah baling-baling yang berputar satu minggu sepanjang arah sumbu, biasanya pilihannya adalah pitch yang sama atau pitch yang bervariasi.

3Kebisingan dan getarann

Kebisingan dan getaran merupakan faktor penting yang harus dipertimbangkan dalam desain baling-baling, dan struktur baling-baling dapat dioptimalkan

Mengurangi ketebalan dan tinggi bilah, menambah jumlah bilah, mengubah bentuk dan sudut bilah, dll.

4Bahan dan manufakturg

Bahan baling-baling dan proses pembuatannya berdampak pada kinerja dan umur baling-baling. Biasanya bahan yang digunakan adalah baja karbon, baja tahan karat, paduan aluminium, dll, proses pembuatannya meliputi pengecoran, penempaan, pemotongan, dll.

Ⅲ, detail desain baling-baling

Dalam rumus perhitungan luas sudu, F adalah gaya dorong yang dibutuhkan, yang perlu dihitung berdasarkan massa dan kecepatan kapal. Dan kecepatan linier u sudu dapat dihitung dengan rumus berikut:

kamu = π * D * n / 60

dimana D adalah diameter baling-baling dan n adalah kecepatan. Penting untuk dicatat bahwa ketika menghitung luas sudu, gaya dorong didistribusikan ke masing-masing sudu secara proporsional dengan masing-masing sudu.

Rasio slip σ baling-baling adalah rasio antara jarak propulsi aktual dan jarak propulsi teoritis, yang biasanya antara 0,05 dan 0,2. Rasio slip dihitung dengan rumus

σ = (n * D - V) / (n * D)

dimana n adalah kecepatan putar, D adalah diameter baling-baling dan V adalah kecepatan perahu.

Putaran baling-baling adalah derajat putaran bilah baling-baling, yang biasanya digunakan sebagai putaran linier atau putaran sekunder. Sudut puntir dihitung dengan rumus

θ = 2 * π * r * tan(φ) / hal

dimana r adalah jari-jari sudu, φ adalah sudut puntir dan p adalah pitch.

Koefisien hambatan C suatu baling-baling adalah besarnya hambatan per satuan luas, yang biasanya perlu ditentukan melalui eksperimen atau simulasi. Metode perhitungan yang umum digunakan adalah simulasi turbulensi, eksperimen terowongan angin, dll.

Ⅳ, beberapa pertimbangan desain baling-baling

Diameter baling-baling dan jumlah bilah perlu ditentukan sesuai dengan gaya dorong yang dibutuhkan. Diameter yang terlalu kecil akan menyebabkan gaya dorong tidak mencukupi, diameter yang terlalu besar akan meningkatkan gaya hambat hidrodinamik dan biaya produksi. Jumlah bilah harus dipilih dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti jarak antar bilah dan hambatan. Secara umum, semakin banyak jumlah bilah, semakin kuat daya dorongnya, namun juga akan meningkatkan kebisingan dan getaran.

Bentuk bilah, bentuk penampang, dan tinggi nada harus dipilih sesuai dengan gaya dorong dan kinerja hidrodinamik yang diperlukan. Bentuk bilah dan bentuk penampang yang berbeda akan berpengaruh pada daya dorong, efisiensi, dan kebisingan, dan jarak yang berbeda akan berpengaruh pada kecepatan dan efisiensi pendorong. Saat memilih bentuk dan jarak bilah, hubungan antara berbagai faktor perlu dipertimbangkan dan parameter terbaik ditentukan melalui eksperimen atau perhitungan simulasi.

Rasio slip baling-baling mengacu pada fenomena gesernya bilah baling-baling akibat hambatan fluida selama perjalanan, yang juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi efisiensi dan daya dorong. Rasio slip yang optimal perlu ditentukan melalui eksperimen atau simulasi selama desain untuk mencapai kinerja terbaik.

Pembuatan dan pemasangan baling-baling memerlukan perhatian terhadap kualitas dan pengerjaan. Bilah baling-baling harus dikerjakan secara presisi dan seimbang untuk menghindari kebisingan dan getaran. Selama pemasangan, perhatian perlu diberikan pada jarak bebas dan kesejajaran antara baling-baling dan lambung kapal untuk memastikan baling-baling dapat beroperasi dengan baik dan memberikan daya dorong yang cukup.

ⅤBeberapa metode optimasi desain baling-balingn

Optimalisasi bentuk sudu: Dengan mengoptimalkan bentuk sudu, efisiensi dan daya dorong baling-baling dapat ditingkatkan, serta kebisingan dan getaran dapat dikurangi. Metode optimasi yang umum digunakan adalah algoritma genetika multi-tujuan, jaringan syaraf tiruan, dll.

Optimalisasi bentuk penampang: Dengan mengoptimalkan bentuk penampang sudu, kinerja hidrodinamik serta karakteristik kebisingan dan getaran baling-baling dapat ditingkatkan. Metode optimasi yang umum mencakup simulasi CFD, simulasi turbulensi, dll.

Pengoptimalan nada: Dengan mengoptimalkan nada, efisiensi dan kecepatan baling-baling dapat ditingkatkan, serta kebisingan dan getaran dapat dikurangi. Metode pengoptimalan yang umum mencakup desain nada variabel, desain segmentasi nada, dll.

Optimalisasi material dan manufaktur: Dengan memilih bahan dan proses manufaktur yang sesuai, biaya produksi dapat dikurangi dan keandalan serta masa pakai baling-baling dapat ditingkatkan. Metode pengoptimalan yang umum mencakup pemilihan material, pemesinan presisi, dll.

ⅥBeberapa arah desain baling-baling di masa depann

Desain cerdas: Dengan pengembangan berkelanjutan dari kecerdasan buatan dan teknologi data besar, desain baling-baling dapat mencapai desain yang lebih akurat dan efisien melalui algoritme cerdas dan analisis data untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja desain.

Penerapan material baru: Dengan terus berkembangnya material baru, pilihan material baling-baling akan lebih terdiversifikasi, seperti material komposit serat karbon, paduan titanium, dll., untuk meningkatkan kekuatan, kekakuan dan ketahanan korosi baling-baling.

Optimalisasi medan aliran penuh: Dengan pengembangan berkelanjutan teknologi simulasi komputer, desain baling-baling dapat dioptimalkan secara global dengan simulasi numerik medan aliran penuh untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja baling-baling.

Struktur baling-baling baru: Dengan terus berkembangnya kapal dan peralatan bawah air, penelitian dan pengembangan struktur baling-baling baru akan menjadi arah penting dalam desain baling-baling, seperti baling-baling jet air, baling-baling levitasi magnetik, dll.

VII. Beberapa arahan lingkungan dari desain baling-baling

Mengurangi kebisingan dan getaran: Kebisingan dan getaran baling-baling berdampak pada ekologi laut dan kesehatan manusia, sehingga perlu dilakukan pengurangan kebisingan dan getaran dengan mengoptimalkan desain dan proses pembuatan.

Mengurangi emisi: Baling-baling menghasilkan gas buang dan air limbah saat menggerakkan kapal dan peralatan bawah air, dan perlu mengurangi emisi serta melindungi lingkungan laut dengan mengoptimalkan desain dan menggunakan bahan ramah lingkungan.

Meningkatkan efisiensi: Semakin efisien suatu baling-baling, maka semakin mengurangi konsumsi energi dan emisi karbon, sehingga perlu dirancang secara optimal untuk meningkatkan efisiensi.

Antifouling mikroba: Permukaan baling-baling rentan terhadap pertumbuhan biota laut yang dapat mempengaruhi efisiensi dan kinerja baling-baling, sehingga hal ini perlu diatasi melalui pelapisan antifouling dan teknologi antifouling mikroba.


Bagikan posting ini



← Posting Lama Posting Baru →


0 komentar

Tulis komentar