高强韧仿生螺旋复合材料超结构设计与分析

随着人类航天活动的日益频繁,轨道空间环境不断恶化,提升航天器结构强度和韧性具有重要的现实意义.该文设计了具有中面对称特性的高强韧仿生螺旋复合材料超结构,开发了相应的热压制备工艺.通过准静态压痕性能测试,以荷载⁃位移曲线、峰值力、失效位移、刚度与能量吸收为关键力学指标,分别在37层与73层下对正交、准各向同性以及5°,10°,20°螺旋铺层的碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced polymer,CFRP)超结构进行了性能表征,并分析了破坏模式与失效机理.研究结果表明:相较于传统铺层方法,采用对称螺旋铺层方式能够有效减小层间应力,显著提升超结构的准静态压痕性能;尤其是当螺旋角设定为10°时,超结构在峰值载荷和能量吸收方面得到了卓越的性能提升.该研究成果不仅为航天领域内高性能复合材料超结构的设计与制造提供了理论支持,同时也为其实际应用奠定了实践基础.

螺旋桨设计中的CFD优化策略与实验验证

本文聚焦于“螺旋桨设计中的CFD优化策略与实验验证”,旨在探讨在螺旋桨设计中基于计算流体动力学(CFD)的优化方案,并通过实验证明其有效性。通过深度分析螺旋桨结构,明确了设计中需优化的关键参数,包括叶片形状、扭曲度和攻角等。采用CFD技术进行数值模拟,监测和分析流场、压力分布等关键参数,最终确定最佳设计方案。在CFD优化的基础上,通过实验验证,验证数值模拟结果的可行性和准确性。实验结果与数值模拟结果的对比表明,CFD优化策略在提高螺旋桨性能的同时,有效降低试验方案的开发成本。本研究为螺旋桨设计提供高效的优化方法,同时为涡轮机械的设计提供有益的参考。

电动飞机分布式螺旋桨—机翼设计分析方法研究

为逐步实现航空器从传统能源到清洁能源的转换,将传统涡桨飞机改型成分布式电推进螺旋桨飞机是目前重要的研究方向。本文以运12F飞机巡航性能为约束,根据动量理论对其改型为分布式螺旋桨飞机后的机翼参数进行修正;从螺旋桨桨盘面积、螺旋桨与电动机匹配关系、螺旋桨质量三个方面综合评估确定分布式电推进螺旋桨个数;根据巡航及爬升任务剖面的拉力需求进行螺旋桨设计;将最终确定的分布式螺旋桨—机翼模型与原型机模型在OpenVSP中进行升阻力对比分析。结果表明,分布式螺旋桨的滑流效应在小速度、大迎角下增升作用更明显,可用于提升飞机起飞及爬升阶段性能指标。在巡航及爬升状态下,分布式螺旋桨上置比下置升力特性更好,升力系数可提高约5%,但在小速度时,升力系数提升的代价是阻力系数增加。本文研究为传统涡桨飞机改型为分布式螺旋桨飞机总体设计提供了参考。

渔船螺旋桨设计软件系统

根据图谱法设计螺旋桨的方法原理,结合实践经验,开发了渔船螺旋桨设计软件系统.文章简单介绍了该软件系统开发过程和方法,并应用于两艘实际渔船.设计参数和渔船实际参数的比较显示,该系统能迅速、有效地完成渔船螺旋桨的设计,改善渔船螺旋桨设计以及渔船动力装置配备.

融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和水动力性能预报中的应用

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均(RANS)模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点(低、高进速系数)其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.

考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法研究

船用螺旋桨工作在低速重负荷工况、或采用大侧斜几何型式或采用复合材料时,其流固耦合现象较为突出,螺旋桨设计中若无法准确考虑其间的水弹性影响,将会造成船机桨失配及实船推进性能的错误预报。文章基于螺旋桨环流理论设计方法、螺旋桨流固耦合算法以及逐步逼近法,形成了一套可考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法,重点讨论了流固耦合中水动力载荷更新方式、逐步逼近法中预变形松弛因子的选择对设计结果的影响。通过大侧斜螺旋桨及复合材料螺旋桨设计实例,进一步阐述了在螺旋桨设计中考虑水弹性的必要性,也验证了所开发设计平台的有效性。该设计平台为后续复合材料螺旋桨的优化设计提供了基础。

人工神经网络在螺旋桨设计中的应用

人工神经网络 (artificialneuralnetwork)是近些年兴起的一门新兴学科 ,在信号处理与模式识别、知识处理工程或专家系统、运动过程控制等领域应用得比较广泛 .笔者运用前向多层神经网络理论 ,采用误差反向传播方法 (BP法 )编制了人工神经网络计算机应用程序 ,将人工神经网络应用到船舶螺旋桨设计中 .通过对部分类型螺旋桨图谱的训练 ,并将其数据与回归分析的数据相比较 ,结果表明 :所应用的理论是可靠的 ,精度是足够的 ,特别是对螺旋桨图谱训练的结果是完全具有实用价值的 .

基于B样条的螺旋桨升力面设计

为了改善螺旋桨的空泡性能,从效率和空泡性能2个方面的权衡来确定环量分布.在升力面理论设计中计及桨毂的影响.桨叶几何用较少的B样条控制角点来表示.将升力面理论计算的控制点处法向速度的平方和作为优化目标函数,并通过最小化目标函数得到桨叶几何.

螺旋桨流固耦合多目标优化设计

本文提出将NSGA-Ⅱ多目标优化算法应用于螺旋桨多目标优化设计,并通过面元法和有限元法实现螺旋桨流固弱耦合.通过计算安装在Seiun-Maru(一艘日本散货船)上的HPS大侧斜螺旋桨压力系数分布和压力脉动,考虑了流固耦合效应的计算精度要高于不考虑流固耦合效应,验证了考虑流固耦合的必要性.本文以螺旋桨效率、非定常力和重量作为目标函数,在满足水动力性能、结构响应和空泡性能等约束条件下,选取描述螺旋桨外形的6个参数作为设计变量,以此建立优化函数.在不同近似最优解和非设计点为初值的算例中,其结果均改善了所有目标函数,验证了本文方法的有效性、适用性和鲁棒性.本文提出的多目标优化方法将有助于提高设计效率,节省计算资源,可成为未来螺旋桨设计的有效工具.

高低工况螺旋桨空泡性能试验与机桨匹配设计

对某型测量船螺旋桨的脉动压力进行了理论估算,并开展不同螺距比的螺旋桨空泡性能模型试验,预报不同设计工况的空泡性能及脉动压力,获得了不同螺距下的背空泡及面空泡限界,尤其是小螺距比下的面空泡斗特性。在此基础上,针对目标船不同任务模式下的使用要求,结合主机特性,对其高低航速工况进行了机桨匹配优化设计。实船试验结果和使用情况表明,机桨匹配设计较为合理。

拖网渔船螺旋桨设计工况研究

作者以8154型、8101型和876型拖网渔船为对象,根据全年生产情况,从快速性、拖曳性能和经济性能,综合研究其螺旋桨设计工况。由34种型桨的研究结果表明:采用普通桨的拖网渔船,拖网航速为最佳设计工况;采用导流管定距桨的渔船,5节航速为最佳设计工况。

大侧斜螺旋桨设计中的考虑

介绍船舶大侧斜螺旋桨的设计流程和桨的各主要要素确定原则,论述大侧斜螺旋桨强度问题及工程实用的校核方法,对目前大侧斜螺旋桨设计工作存在的薄弱环节提出改进措施。

基于Eppler剖面设计方法上的提高空泡起始航速的非定常螺旋桨设计方法(英文)

为了提高螺旋桨的空泡起始航速 ,本文提供了一个基于Eppler剖面设计方法上的非定常螺旋桨设计方法 ,二维剖面直接由Eppler剖面设计方法给出并直接输入到升力面设计程序中进行三维剖面设计。计算结果表明新剖面螺旋桨方案的空泡斗要比常规剖面的宽。在平均伴流条件下使用升力线、升力面设计程序给出一个初步螺旋桨方案。然后用定常/非定常面元法检查设计结果是否满足推力要求并作修改设计 ,从中选择一个不符合空泡要求的剖面作为关键剖面。使用Eppler剖面设计方法来改善空泡斗。为了研究剖面弦向负荷对螺旋桨性能影响 ,本文设计两只螺旋桨 ,一只为带有Naca66迭加Nacaa=0.8 ,另一只为新剖面的方案。模型试验结果证实了设计方法的有效性。

基于B样条的螺旋桨面元法设计

为了改善螺旋桨的空泡性能,提出一种基于面元法的螺旋桨设计方法,桨叶几何形状用较少的B样条控制角点来表示。给定桨叶剖面环量分布,并认为桨叶剖面弦向环量分布与压力差分布形式相同。将面元法计算得到的压力差分布转换为环量分布,以计算的环量分布与给定的环量分布之差的平方和作为目标函数,通过最小化目标函数可以得到桨叶几何形状。

拖网渔船多速比减速箱速比的确定与其螺旋桨设计

拖网渔船限于工作特点，有自航与拖航状态，但普通固定螺距的螺旋桨不能在这二种工况下都充分发挥其主机功率。为此，有用调距桨者。但调距桨机构复杂、造价较贵，且维修不便，从目前国外使用情况来看，许多船主反映调距桨较之普通固定螺距螺旋桨所增加之投资并不能为其优点所抵偿。若用二档减速齿轮，配置固定螺距的普通螺旋桨，亦可在这二种工况下充分发挥其主机全部功率。

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升力面理论—涡格法基础上的计算程序的数值试验 ,对照实验数据 ,改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨 ,并进行了模型试验 ,螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求 ,进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序 ,采用混合编程形式 ,构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。

一种倾转旋翼无人机螺旋桨的设计及性能分析

为了满足倾转旋翼无人机对配套螺旋桨巡航效率高、静态拉力大的需求,基于涡流理论,提出了一种螺旋桨设计流程。以某型倾转旋翼无人机的工况需求为输入,开发了一款适用其需求的15英寸固定桨距螺旋桨。通过程序计算得到了该型螺旋桨的弦长及桨距角分布,利用CATIA软件建立了螺旋桨的三维数字模型,并通过CFD软件进行了螺旋桨对应工况的性能分析。分析结果表明该型螺旋桨能满足某型倾转旋翼机的工况需求,验证了提出的螺旋桨设计流程在倾转旋翼机螺旋桨设计领域的有效性。

螺旋推进型设计研究方法的原理、流程与特征

螺旋推进型设计研究方法是指为解决实际情境中的问题,研究者与实践者把共同设计开发的人工制品作为干预应用于实践,再通过评价、反思与抽象,建构新理论的一种研究方法,简称SPDRM。因其实施中需经过主螺旋推进和"设计原则"形成的子螺旋推进与"理论抽象"过程的子螺旋推进而得名。本文提出了SPDRM的基本原理,对SPDRM进行了公式表达,建立了SPDRM的知识流模型、实施过程模型、方法逻辑圈模型、应用中输出结果的分类与分层模型,探讨了SPDRM的信度与效度,分析了SPDRM的特征,并对SPDRM模式与其他设计研究方法模式进行了比较。

25000吨级油船螺旋桨及毂帽鳍优化设计

运用数值升力面理论设计25 000吨级油船螺旋桨,配以毂帽鳍的优化设计研究。经模型试验验证:螺旋桨机桨的匹配性能良好,推进效率高,空泡性能和脉动压力满足设计要求,具有高效低振的优点。设计的毂帽鳍具有明显的节能效果。

主辅螺旋粉料输送装置机械结构设计与研究

针对粉料输送站中粉煤灰、矿粉等粉状物料既要快速又要精确的输送要求,设计了一种粉料输送装置,主要包括直径较大的(输送量大)主螺旋输送系统、直径较小的(输送量小)辅螺旋输送系统、储料仓、称料斗,在主螺旋输送系统出料端增加一辅螺旋输送系统,在保证生产效率的同时,主要通过小流量输送,保证粉料计量精度达到要求。通过对螺旋机构的设计计算、有限元分析及对各部分的结构、工作原理的分析,绘制了装置的整体结构图。