Έργο σχεδιασμού για υποβρύχιο προγραμματιστές

Εικόνα: Hydrocomp

Previous Next

Πολλές εταιρείες που ασχολούνται με την ανάπτυξη υποβρυχίων οχημάτων, επίσης, θέλουν να εξοπλίσουν το όχημα με έναν προσαρμοσμένο προωθητή. Αυτές οι εταιρείες έχουν συνήθως εμπειρία σε σχεδιασμό οχημάτων και κινητήρων, αλλά δεν θα έχουν εμπειρία στο σχεδιασμό του κινητήρα. Επίσης, δεν αναμένεται να διαθέτουν τα εξειδικευμένα εργαλεία που απαιτούνται για τον ικανοποιητικό σχεδιασμό, ανάλυση και βελτιστοποίηση του προωθητήρα. Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει τους υποβρύχιοι κατασκευαστές οχημάτων στις πρακτικές σχεδίασης που χρησιμοποιούνται από την HydroComp και άλλους ειδικούς για να παραδώσει τα σχέδια προωθητήρων που είναι μεταξύ των υψηλότερων προωθητών ώθησης σε ισχύ σε λειτουργία.

ΣΤΟΧΟΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΡΟΒΟΛΟΥ

Ο απώτερος στόχος του σχεδιασμού του προωθητήρα για την ανάπτυξη οχημάτων είναι συνήθως ένα μοντέλο 3D CAD της έλικας και του ακροφυσίου που θα υποστηρίξει - και θα ενισχύσει - την τεχνική και επιχειρηματική αποστολή του οχήματος. Τρεις κύριες ομάδες εργασίας αποτελούν ένα πλήρες σχέδιο σχεδιασμού προωθητήρα - ταιριαστό σύστημα οχήματος-κινητήρα-κίνησης, βελτιστοποίηση εξαρτημάτων προωθητήρων και γεωμετρική μοντελοποίηση.

Συμφωνία συστήματος οχήματος-κινητήρα-κινητήρα

Αυτή η αρχική συσκευασία εργασίας θα καθορίσει τα κύρια χαρακτηριστικά του έλικα και του ακροφυσίου που είναι σωστά "προσαρμοσμένα στο σύστημα". Κρίσιμη για τη συνολική επιτυχία της διαδικασίας σχεδιασμού του προωθητήρα είναι να προσδιοριστούν πρώτα οι κατάλληλες κύριες προδιαγραφές του συστήματος μετάδοσης κίνησης και κίνησης και μόνο τότε μπορούν να σχεδιαστούν λεπτομερώς τα στοιχεία του έλικα και του ακροφυσίου. Οι προδιαγραφές κινητήρα που καθορίζονται κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του συστήματος είναι συνήθως: η διαμόρφωση (ανοιχτή έναντι αγωγού), το στυλ ακροφυσίου (ανάλογα με τις ανάγκες), ο αριθμός των λεπίδων, η διάμετρος, η κλίση και η περιοχή των λεπίδων. Οι κρίσιμες παράμετροι κίνησης (που προσδιορίζονται ταυτόχρονα) είναι η μηχανική ισχύς άξονα (όχι ηλεκτρική ισχύς), οι στροφές ανά λεπτό (RPM) και η θέση του σημείου σχεδίασης στην καμπύλη ισχύος του άξονα μετάδοσης κίνησης (όπως η χρήση καμπύλων απόδοσης ηλεκτρικού κινητήρα για την εξισορρόπηση της απόδοσης έναντι της διάρκειας ζωής της μπαταρίας παράδειγμα).

Βελτιστοποίηση εξαρτήματος τροφοδότη

Αυτή η ομάδα εργασίας παρέχει υδροδυναμική βελτιστοποιημένη γεωμετρία έλικας (εντός του επιλεγμένου τύπου ακροφυσίου) που είναι «σχεδιασμένη για απόδοση» για τις υδροδυναμικές ιδιότητες του συγκεκριμένου οχήματος και την αλληλεπίδρασή του με τον προωθητή. Αφού τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος της έλικας και της κίνησης ορίζονται στο προηγούμενο στάδιο, τότε μπορούν να σχεδιαστούν τα στοιχεία του εξαρτήματος έλικας. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται "σχεδιασμός έλικας προσαρμοσμένο σε εγρήγορση", παραδίδει τις παραμέτρους ακτινικού σχήματος που αντανακλούν το μέγεθος (χορδή, πάχος, φύλλο), ανύψωση (pitch, καμπύλη) και θέση (rake, κλίση). Αυτές οι παράμετροι έχουν σχεδιαστεί για μια καθορισμένη ταχύτητα του οχήματος, την απαιτούμενη φόρτιση ώσης και τις στροφές του άξονα (δηλ. Το "σημείο σχεδίασης"), υποστηρίζοντας εκτιμήσεις για σπηλαίωση και αντοχή των λεπίδων.

Μια εφαρμογή πολλαπλών καθηκόντων (όπως ένα προσαρμοστικό UUV που θα φέρει και τους δύο ρόλους AUV διέλευσης και ROV εργασίας) μπορεί να απαιτεί μια ισορροπημένη προοπτική για ένα σχέδιο συμβιβασμού. Καθώς οι στόχοι απόδοσης αλλάζουν, έτσι και τα βέλτιστα χαρακτηριστικά της έλικας - και το ακροφύσιο. Η βελτιστοποίηση πολλαπλών τρόπων λειτουργίας δεν είναι δύσκολη. Απλώς χρειάζεται κάποια προσοχή για να επανεξετάσει τα σχέδια στο πλαίσιο των συνολικών απαιτήσεων της αποστολής. Σε πολλές περιπτώσεις, ένας σταθμισμένος υπολογισμός των συνολικών απαιτήσεων ισχύος για το προφίλ φορτίου μπορεί να φωτίσει τυχόν προβλήματα που ικανοποιούν τις απαιτούμενες απαιτήσεις απόδοσης στο πλαίσιο του αναμενόμενου «ενεργειακού προϋπολογισμού».

Εικόνα: Γεωμετρική μοντελοποίηση Hydrocomp

Ένα πλήρες "σχεδιασμένο για παραγωγή" μοντέλο 3D CAD αναπτύσσεται στη συνέχεια και παραδίδεται για πρωτότυπο έλεγχο και ανάπτυξη. Λαμβάνοντας υπόψη τις γεωμετρικές παράμετροι που καθορίστηκαν στο βήμα σχεδιασμού βελτιστοποίησης προσαρμοσμένο σε εγρήγορση, παράγεται ένα πλήρες σχήμα λεπίδας. Τα πτερύγια πρέπει στη συνέχεια να ενσωματωθούν με μια πλήμνη (που μπορεί να έχει πολλούς διαφορετικούς τύπους εξαρτημάτων άξονα), με φιλέτα και άλλες λεπτομέρειες να προστίθενται κατά τη διαδικασία 3D CAD. Μπορεί επίσης να υπάρξουν πρόσθετες εκτιμήσεις για συγκεκριμένες διαδικασίες παραγωγής που θα επηρεάσουν το σχήμα, όπως χύτευση ή άλεση. Η ανάπτυξη της γεωμετρίας του ακροφυσίου είναι πραγματικά λίγο περισσότερο από μια δακτυλιοειδή (περιστροφική) εξώθηση ενός κατάλληλου προφίλ αλουμινίου.

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΓΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΡΟΒΟΛΩΝ

Ένας πάγκος εργασίας τυπικού σχεδιαστή του προωθητή θα περιλαμβάνει τα ακόλουθα εργαλεία λογισμικού. Εμφανίζεται ένας κατάλογος με τις απαραίτητες λειτουργίες και λειτουργίες εργαλείων για κάθε μία από τις τρεις βασικές εργασίες σχεδιασμού.

Τα εργαλεία για την αντιστοίχιση συστήματος οχήματος-κινητήρα-κίνησης θα βασίζονται σε ένα εργαλείο βελτιστοποίησης που μπορεί να καθορίσει τα χαρακτηριστικά της έλικας για μέγιστη απόδοση λαμβάνοντας υπόψη τυχόν περιορισμούς στη διαμόρφωση, τη μέγιστη διάμετρο έλικας και τα όρια σπηλαίωσης. Αυτό πρέπει να περιλαμβάνει τόσο τις επιλογές φόρτωσης με βάση τη δύναμη όσο και τη δύναμη που βασίζονται στη δύναμη για τη διαχείριση των ρόλων αποστολής διαμετακόμισης και ρυμούλκησης. Πρέπει να συμπεριληφθούν τα κατάλληλα μοντέλα πρόβλεψης προωθητήρων για τα υπό εξέταση πρότυπα έλικας και ακροφυσίων. Τέλος, η απόδοση του βελτιστοποιημένου κινητήρα πρέπει να αξιολογείται με το όχημα και τον κινητήρα, συμπεριλαμβανομένης της πρόβλεψης των περιστροφών λειτουργίας και της απαιτούμενης ισχύος.

Τα εργαλεία για τη βελτιστοποίηση των εξαρτημάτων του προωθητήρα θα είναι τυπικά ένας υπολογισμός στοιχείων της λεπίδας για την έλικα, με υποστήριξη για διάφορα στυλ ακροφυσίων και περιβλημάτων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν CFD και άλλοι τέτοιοι κωδικοί, αν και τα εργαλεία σχεδίασης προσαρμοσμένα σε βούρτσα μπορούν να προσφέρουν ποικίλα οφέλη τεχνικής, οικονομικής και ροής εργασίας. Αυτά περιλαμβάνουν ένα δομημένο πλαίσιο "εξωθημένου φύλλου" για τη διαχείριση των παραμέτρων σχεδιασμού, αυτόματη λύση βέλτιστου βήματος και καμπύλης για τον σχεδιασμό του αντικειμένου και η δυνατότητα αλλαγής της ακτινικής φόρτωσης όπως απαιτείται για συμπληρωματικά θέματα σχεδιασμού (όπως για λόγους υδροακουστικής, ρίζας σπηλαίωση ή δύναμη, για παράδειγμα). Τα εργαλεία σχεδίασης με έλικα προσφέρουν επίσης αξιολόγηση των μετρήσεων κρίσιμης σπηλαίωσης (με ανατροφοδότηση για το σχεδιασμό) και αξιολόγηση της αντοχής των λεπίδων και του συντελεστή ασφαλείας για διάφορες ιδιότητες υλικών.

Απαραίτητο για τη γεωμετρική μοντελοποίηση θα ήταν ένα εργαλείο με συγκεκριμένες δυνατότητες σχεδιασμού πτερυγίων προπέλας, αυξημένο με λογισμικό CAD / CAM γενικής χρήσης για τους ρόλους με λιγότερους γεωμετρικούς προκλήσεις (συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης του ακροφυσίου). Η δημιουργία σχήματος λεπίδων είναι πολύ δύσκολη για τα εργαλεία CAD γενικής χρήσης, οπότε ένα εργαλείο ειδικά για έλικα για το σχεδιασμό γεωμετρικών λεπίδων μπορεί να προσφέρει μαθηματικές λειτουργίες για τη δημιουργία σχήματος λεπίδας, συμπεριλαμβανομένης μίας βιβλιοθήκης σύγχρονων και παραδοσιακών μορφών προφίλ έλικα. Φυσικά, η εξαγωγή CAD / CAM γενικής χρήσης είναι απαραίτητη για την ολοκλήρωση του 3D CAD μοντέλου (με τις παραγόμενες λεπίδες και κόμβο).

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΜΠΕΙΡΟΓΝΩΜΟΣ ΓΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΤΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

Ο κατάλληλος σχεδιασμός του προωθητήρα απαιτεί κατανόηση των αρχών της αλληλεπίδρασης του συστήματος πρόωσης, της απόδοσης του προωστήρα και της γεωμετρίας του έλικα-ακροφυσίου. Τούτου λεχθέντος, δεν απαιτεί απαραίτητα πτυχίο ναυπηγικής αρχιτεκτονικής ή υδροδυναμικής. Για παράδειγμα, ένας μηχανικός μηχανικός με μια πανεπιστημιακή πορεία σε υγρά μπορεί εύκολα να αναπτύξει τις πρόσθετες δεξιότητες που απαιτούνται για την επιτυχή σχεδίαση του προωθητήρα. Χρησιμοποιείται από σχεδόν 200 σχεδιαστές και κατασκευαστές κινητήρων σε όλο τον κόσμο, η σουίτα εργαλείων της HydroComp (NavCad, PropExpert, PropElements και PropCad) παρέχει ένα άνετο πλαίσιο που προσφέρεται για μια "καθοδηγούμενη ροή εργασίας", επιτρέποντας την εσωτερική σχεδίαση να είναι πρακτική και αποδοτική.

ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΟ
Φυσικά, δεν θέλουν όλοι ή πρέπει να διαθέτουν δυνατότητες σχεδίασης του κινητήρα στο σπίτι. Στις περιπτώσεις αυτές, η προσέγγιση ενός ειδικού με τις κατάλληλες γνώσεις, εμπειρία και επανάληψη επιτυχημένων σχεδίων μπορεί πράγματι να έχει νόημα. Εάν αυτό ακούγεται σαν εσάς, θα χαρούμε να συζητήσουμε τις απαιτήσεις του σχεδίου σας και του σχεδιασμού του προωστήρα.