Конструкция двигателя для погружных разработчиков

Изображение: Hydrocomp

Previous Next

Многие компании, занимающиеся разработкой погружных транспортных средств, также стремятся оснастить автомобиль специальным двигателем. Эти компании обычно имеют опыт в разработке транспортных средств и приводов, но не будут иметь опыта в разработке движителей. От них также не ожидается наличия специальных инструментов, необходимых для опытного проектирования, анализа и оптимизации двигателей. Эта статья познакомит разработчиков погружных транспортных средств с методами проектирования, используемыми HydroComp и другими специалистами для создания двигателей, которые являются одними из самых мощных в эксплуатации движителей тяги к мощности.

ПРОПУЛЬСОР ДИЗАЙН ЦЕЛИ

Конечная цель разработки двигателя для разработки транспортного средства - это, как правило, 3D-модель гребного винта и форсунки, которая будет поддерживать - и улучшать - техническую и деловую миссию транспортного средства. Три основные рабочие группы составляют полный проект разработки двигателя: согласование системы «двигатель-движитель-привод», оптимизация компонентов двигателя и геометрическое моделирование.

Подходящая система автомобиля-движителя

Этот начальный рабочий пакет определит основные характеристики винта и сопла, которые должным образом «соответствуют системе». Критическое значение для общего успеха процесса проектирования двигателя состоит в том, чтобы сначала определить соответствующие основные технические характеристики движителя и системы привода, и только после этого детали гребного винта и сопла могут быть детально спроектированы. Технические характеристики движителей, которые определяются при проектировании системы, как правило: конфигурация (открытая или канальная), тип сопла (при необходимости), количество лопастей, диаметр, шаг и соотношение площадей лопастей. Критическими параметрами привода (которые определяются одновременно) являются механическая мощность на валу (не электрическая мощность), число оборотов в минуту и положение расчетной точки на кривой мощности на валу привода (например, использование кривых производительности электродвигателя для баланса производительности и срока службы батареи, для пример).

Оптимизация компонентов двигателя

Эта группа задач обеспечивает гидродинамически оптимизированную геометрию гребного винта (в пределах выбранного типа форсунки), которая «предназначена для рабочих характеристик» для гидродинамических свойств конкретного транспортного средства и его взаимодействия с движителем. После того, как основные характеристики системы гребного винта и привода определены на предыдущем этапе, могут быть разработаны детали компонента гребного винта. Этот процесс, называемый «конструкция гребного винта, адаптированного к пробуждению», обеспечивает параметры радиальной формы, которые отражают размер (хорда, толщина, фольга), подъем (наклон, изгиб) и положение (грабли, наклон). Эти параметры рассчитаны на указанную скорость транспортного средства, требуемую осевую нагрузку и число оборотов вала (т. Е. «Расчетную точку») с учетом оценки кавитации и прочности лопатки.

Многофункциональное приложение (такое как адаптивный UUV, который будет выполнять обе роли транзитного AUV и ROV рабочей лошадки) может потребовать сбалансированной перспективы для «компромиссного» дизайна. По мере изменения рабочих характеристик изменяются и оптимальные характеристики винта и его сопла. Многорежимная оптимизация не сложная; Нужно лишь немного позаботиться о рассмотрении проектов в контексте общих требований миссии. Во многих случаях взвешенный расчет общих требований к мощности в профиле нагрузки может выявить любые проблемы, отвечающие необходимым требованиям производительности в рамках ожидаемого «энергетического бюджета».

Изображение: Hydrocomp Геометрическое моделирование

Затем разрабатывается и поставляется полная трехмерная CAD-модель, предназначенная для производства, для тестирования и развертывания прототипа. С учетом геометрических параметров, определенных на этапе оптимизации, адаптированного к следу, создается полная форма лезвия. Затем лезвия должны быть объединены со ступицей (которая может иметь множество различных типов креплений вала), с соплами и другими деталями, добавленными в процессе 3D CAD. Также могут быть дополнительные соображения для конкретных производственных процессов, которые будут влиять на форму, такие как литье или фрезерование. Развитие геометрии сопла действительно немного больше, чем кольцевая (вращательная) экструзия подходящего профиля фольги.

ТРЕБУЕМЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ПРОПУЛЬСОРНОГО ДИЗАЙНА

Типичное рабочее место разработчика двигателей будет включать следующие программные инструменты. Список необходимых функций и возможностей инструмента показан для каждой из трех основных задач проектирования.

Инструменты для согласования системы Автомобиль-Движитель-Привод будут основаны на оптимизирующем решателе, который может определить характеристики гребного винта для максимальной эффективности, учитывая любые ограничения для конфигурации, максимального диаметра гребного винта и пределов кавитации. Сюда должны входить варианты загрузки как на тяге, так и на мощности для выполнения функций транзита и буксировки. Подходящие модели прогнозирования движителя должны быть включены для рассматриваемого стиля гребного винта и сопла. Наконец, эффективность оптимизированного движителя должна оцениваться с транспортным средством и приводом, включая прогнозирование рабочих оборотов и требуемой мощности.

Инструменты для оптимизации компонентов двигателя обычно представляют собой расчет лопастного элемента для винта с поддержкой различных типов форсунок и кожухов. Можно использовать CFD и другие подобные коды, хотя инструменты проектирования, адаптированные к пробуждению, могут предлагать множество технических, финансовых и рабочих преимуществ. Они включают структурированную структуру «экструдированной фольги» для управления проектными параметрами, автоматическое решение оптимального шага и выпуклости для проектной цели и способность изменять радиальную нагрузку по мере необходимости для дополнительных вопросов проектирования (например, для рассмотрения гидроакустики, корня кавитация или сила, например). Специальные инструменты проектирования для пропеллеров также предлагают оценку критических показателей кавитации (с обратной связью для проектирования) и оценку прочности лопасти и коэффициента безопасности для различных свойств материала.

Для геометрического моделирования необходим инструмент с особыми возможностями для проектирования лопастей гребного винта, дополненный универсальным программным обеспечением CAD / CAM для менее геометрически сложных задач (включая разработку формы сопла). Создание формы лопасти является очень сложной задачей для универсальных САПР-инструментов, поэтому специфический для пропеллера инструмент для геометрического проектирования лопасти может предложить математические функции для создания формы лопасти, включая библиотеку современных и традиционных форм сечения пропеллера. Конечно, экспорт в CAD / CAM общего назначения необходим для завершения трехмерной модели CAD (с созданными блейдами и концентратором).

НЕОБХОДИМАЯ ЭКСПЕРТИЗА ДЛЯ ДИЗАЙНА ВНУТРЕННЕГО ТРАССЕРА

Грамотная конструкция двигателя требует понимания принципов взаимодействия двигательной установки, рабочих характеристик движителя и геометрии сопла гребного винта. При этом, это не обязательно требует степени в морской архитектуре или гидродинамике. Например, инженер-механик с университетским курсом по жидкостям может легко развить дополнительные навыки, необходимые для успешного проектирования двигателя. Набор инструментов HydroComp, используемый почти 200 разработчиками и производителями движителей по всему миру, (NavCad, PropExpert, PropElements и PropCad) обеспечивает удобную среду, которая обеспечивает «управляемый рабочий процесс», позволяя как внутреннему, так и практичному проектировать экономически эффективным.

ПАРТНЕРСТВО С СПЕЦИАЛИСТОМ
Конечно, не каждый хочет или должен иметь собственные возможности по разработке движителей. В этих случаях может иметь смысл обратиться к специалисту с соответствующими знаниями, опытом и резюме успешных проектов. Если это звучит как вы, мы будем рады обсудить ваш проект и требования к конструкции двигателя.