[发明专利]一种复合材料螺旋桨的多工况推进性能优化设计方法

说明书

一种复合材料螺旋桨的多工况推进性能优化设计方法，本发明涉及复合材料螺旋桨的多工况推进性能优化设计方法。本发明的目的是为了解决现有复合材料螺旋桨设计方法不完善的问题。具体过程为：一、开始；二、确定复合材料螺旋桨设计进速J⁰下的螺距值p_i⁰；三、设计进速为J¹时0.75R处θ_0.75R；四、计算α_0.75R；五、确定金属螺旋桨在设计进速为J¹时0.75R处的几何螺距角θ₁；六、确定复合材料螺旋桨在设计进速J¹的几何螺距角θ₁；七、选取复合材料铺层角度和顺序；八、设计出复合材料螺旋桨的初始几何；九、计算复合材料螺旋桨在进速J¹时的几何螺距角θ₁′；十、判断螺距角|θ₁′‑θ₁|，若|θ₁′‑θ₁|≥0.1°则执行七；若|θ₁′‑θ₁|＜0.1°则结束。本发明应用于螺旋桨领域。

技术领域

本发明涉及复合材料螺旋桨的多工况推进性能优化设计方法。

背景技术

传统的金属螺旋桨在设计过程中以优先设计常用工况下的推进性能为目标，这个目标决定了金属螺旋桨的基础型值，其他工况下的推进性能无法实现进一步的优化设计。而复合材料螺旋桨由于其特殊的弯扭耦合效应，可以通过设计复合材料的铺层，进行多目标优化，实现金属螺旋桨无法实现的设计目标。

复合材料螺旋桨的设计方法有别于传统的金属螺旋桨，金属螺旋桨的设计方法不再满足于复合材料螺旋桨。目前复合材料螺旋桨的研究还处于起步阶段，复合材料设计过程主要是基于传统金属螺旋桨，以金属螺旋桨的型值参数为基础，通过设计复合材料的铺层，实现在设计工况下推进效率与金属桨相同，或者优于金属桨的目标。然而，螺旋桨在实际航行过程中，还有其他航行工况，尤其对于有低速航行需求的舰船，因此仅仅优化复合材料螺旋桨在设计工况的推进性能是不够的。若能在保证设计工况下的推进性能同时又能提高其他工况下的推进性能，则能够有效的提高复合材料螺旋桨的综合推进性能，提高主机的使用效率，达到节能的效果，延长舰船的航行时间。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有复合材料螺旋桨设计方法不完善的问题，而提出一种复合材料螺旋桨的多工况推进性能优化设计方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、开始；

步骤二、确定复合材料螺旋桨设计进速J⁰下的螺距值p_i⁰，其中i＝1,2......n，n为复合材料螺旋桨的径向半径数，取值为正整数；

步骤三、采用面元法确定金属螺旋桨在设计进速为J¹时，0.75R处叶剖面的来流角度θ_0.75R；

步骤四、计算金属螺旋桨主桨叶0.75R处叶剖面最大推进效率的来流攻角α_0.75R；

步骤五、根据步骤三和步骤四确定金属螺旋桨在设计进速为J¹时，0.75R处叶剖面达到最大推进效率的几何螺距角；

步骤六、根据步骤五确定复合材料螺旋桨在设计进速J¹，到达高于金属螺旋桨推进效率的几何螺距角θ₁；

步骤七、根据步骤二选取复合材料铺层角度和顺序；

步骤八、根据步骤七设计出复合材料螺旋桨的初始几何；

步骤九、根据步骤八计算复合材料螺旋桨在进速J¹时的几何螺距角θ₁′；