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)合金螺旋槳已經逐漸不能滿足航行的需求。根據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，設計了一種可以根據具體工況主動改

2、變自身形狀的艦船螺旋槳以期適應不同工作環(huán)境。本文基于壓電疊堆驅動機構設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，實現了通過調整變形襟翼的偏轉角度改變螺旋槳局部彎度的功能。選取了一種壓電驅動器結構，通過驅動器產生的驅動位移，經傳動機構傳遞后，驅動后緣襟翼產生繞軸偏轉的角位移。本文設計了一種位移傳動機構并布置于槳葉中，從而將驅動器的驅動位移傳遞于變形襟翼，推動變形襟翼繞軸偏轉。隨著變形襟翼偏轉角度的不同，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、轉力矩和推進效率。
　　本研究主要內容包括：⑴調研了國內外對于螺旋槳理論、可變形螺旋槳研究的研究現狀，重點對于利用CFD方法計算螺旋槳的水動力學研究進行了調研。⑵對于CFD數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利用坐標轉換公式進行了編程計算，將二維平面型值點轉化為三維空間坐標型值點，利用SOLIDWORKS三維

4、建模軟件設計了一傳統(tǒng)雙葉螺旋槳，然后在此基礎上設計了變形襟翼，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——菱形放大機構和橢圓放大機構，利用ANSYS WORKBENCH分析了兩種放大機構的放大性能，根據仿真結果，選取了放大性能更好的菱形放大機構對壓電疊堆位移進行了放大；設計了一種傳動機構，連接了變形襟翼，獲得了所要設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模擬的幾何簡化模型；利

5、用3D打印技術，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，并對模擬結果進行了對比與分析，當螺旋槳轉速為900rpm時，在變形襟翼的偏轉角度為-5°~+5°十一種偏轉角度下，螺旋槳在進速系數為0.3~0.7五種情況下，利用流體動力學分析軟件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)，轉力矩(轉力矩系數)和推進效率隨偏轉