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www.hg0088.com:可更换可互换叶片的船用螺旋桨

长玻璃纤维增强聚酰胺使这种模块化螺旋桨足够坚韧,以应付具有挑战性的应用,消除了昂贵的支柱维修。

每艘摩托艇的主人都有一个撞击一个浸没的障碍物或船只坡道,损坏螺旋桨的故事。通常是金属,它必须被拆除并带到道具修理厂,然后喷砂、弯曲、焊接并恢复到原来的形状——一个漫长而昂贵的过程。Brad Stahl(PackANHA螺旋桨)的创始人/拥有者(Jackson,CA,美国)和一位航天工程师说,25年前与他的兄弟的谈话给了他一个想法,即今天降低了损失的成本,并消除了那些昂贵的旅行到道具店,因为他仍在不断增长的客户群。
 
 
 
当时,我正在做一个使用木制螺旋桨的无人驾驶飞机项目,我想找到更轻更便宜的东西。“我对复合材料的探索使我得到了长纤维增强的热塑性塑料,”斯塔尔回忆道,“我意识到它们可能为船用螺旋桨工作。”此后,他的工作就产生了一种带有模块化复合材料设计的螺旋桨,具有快速更换的刀片和一个吸收器。Souple业务制造模块三和四叶片螺旋桨为每一个主要舷外马达。

螺旋桨设计的艺术
 
 
 
与靠大型螺旋桨以相对较低的速度行驶的远洋船只不同(阅读《皇家海军猎雷舰用复合螺旋桨》中右上角的“编辑选择”栏目中的“大型远洋船只的复合支柱”),更快、更灵活的小船依靠小型螺旋桨行驶。斯塔尔说,LL道具以非常高的速度旋转。在水中,这带来了巨大的挑战:“当我为飞机设计螺旋桨时,这是一个简单的问题。你知道它们是如何工作的,加上或减去百分之几,你就完成了。这不是螺旋桨的情况。“一个原因是空化。当弯曲的叶片以增加的旋转速度在水中旋转时,每个叶片低压侧的压力下降到水蒸气压力(给定水温)以下,导致沸腾,形成数百万气泡,使流动状况恶化。此外,斯塔尔说,舷外的废气通过螺旋桨毂,进一步降低了流量,而电机的下部单元,它位于水线以下,也扰乱了水。结果如何?“这是一个非常混乱的流动环境,使得不可能执行CFD(计算流体动力学)或任何类型的流体动力学分析,”Stahl说。“有太多未知数!“
 
 
 
尽管如此,他还是解决了这个问题,他设想了一种具有150毫米长、100毫米直径的圆柱形轮毂的螺旋桨,该圆柱形轮毂具有中心空腔,允许螺旋桨在具有三个或四个纵向形状的槽以插入叶片根部的外部传动轴上滑动。一个75毫米长的轮毂延伸部分可以安装在顶部,用一个大螺母固定,这个大螺母可以夹住模制在中心腔中的花键,当拧紧时,将叶片固定在适当的位置。一系列相继更大的集线器将被建造到船只工业的舷外电机尺寸范围(A、B、C等),相应于马力等级。因此,每个轮毂可以接受不同节距或曲率的叶片(一般来说,对于给定的马力,更高的节距传递更大的推力)。这些部件将用纤维增强的热塑性塑料注塑成型。Stahl说:“从我的无人机工作中,我知道玻璃增强尼龙可以工作,而且在这个应用中,它的性能和金属一样好,价格更便宜。”斯塔尔更换刀片的目标成本约为25美元。

Stahl使用来自NISA(Troy,MI,US)的软件进行结构分析,并建立有限元模型,以了解模块化支柱叶片和轮毂在载荷下的行为。他假设一台260马力的发动机将向支柱提供大约365千克的推力(对于小型游乐船来说很典型),或者向每个叶片提供91千克(假设有四个叶片),这有助于他确定适当的叶片和轮毂材料厚度。叶片形状是从已经证明在服役的铝支柱中派生出来的。根据Stahl的说法,“叶片上90%的载荷是推力,导致弯曲,这意味着当支柱旋转时,叶片在载荷作用下弯曲。”
 
 
 
斯塔尔的叶片必须足够厚,以处理推力引起的弯曲载荷,但脆弱到足以采取牺牲行动,以挽救轮毂,反过来,鉴于意外的,额外的负载,打击水下物体发动机损坏。
 
 
 
通过固定夹具中的静态点弯曲试验,对初始模压的支柱叶片原型与相似形状的铝叶片同时进行校验。试验证实复合材料叶片强度较高。但是,正如预期的那样,较轻的复合叶片缺少铝的刚度(弯曲模量)。为了适应在载荷下可能发生的弯曲,随后的叶片在曲率方面进行了过度设计:“在设计螺旋桨时,我知道长纤维复合材料的弯曲模量特性,”Stahl说。“模制部分必须稍微变形,这样当叶片在水中受到推进力时,它就会变直,并呈现出适当的形状,以最大化推力。”叶片吸收来自轻微撞击的能量,但在高冲击下释放并释放能量。

调整材料,更新设计
 
 
 
斯塔尔的第一个材料选择是一个标准的60%长玻璃纤维增强尼龙6。他回忆说,用高马力马达进行的试验是成功的:叶片形状能如预期地传递推力,在撞击试验中,根据需要发生断裂。但试验还表明,加强尼龙花键在轮毂内不能处理来自螺旋桨输入轴的剪切载荷:“轮毂可以处理正常载荷,但不能处理发生撞击时的剪切载荷,”他说。解决方案是在轮毂内共同模制花键铝芯插入件。
 
 
 
然而,当在较低马力的二冲程发动机上测试较小的螺旋桨时,出现了材料问题:螺旋桨在正常工作负载下断裂。“我们做了大量的试验,”Stahl说,“发现二冲程电机中较高的谐波和振动导致复合材料疲劳。”虽然在长纤维热塑性塑料中加入增韧剂改善了其减振性能,但Stahl最终对支柱不满意。化妆品外观。另一种材料的搜索,导致他到PaltCimp公司(薇诺娜,MN,美国)。
 
 
 
.tiComp的技术副总裁Eric Wollan说,.tiComp的颗粒是用连续的玻璃纤维线制成的,通过充满熔融聚合物的浸渍模具拉出。“这是一根由对准的玻璃纤维和聚合物制成的棒,纤维体积高达60%,我们通常提供12毫米长的颗粒。”对于Piranha,.tiComp提供专利配方,据报道其抗冲击性能比标准长纤维增强材料高40%他使用特殊添加剂,以提高延展性和阻尼发动机在宽的温度范围内引起的振动。它还含有耐紫外线的炭黑和赋予半光泽表面的添加剂。“塑料公司的Comple_t MT长玻璃纤维尼龙材料很容易为我们的螺旋桨提供表面光洁度,”Stahl说。
 
 
 
虽然最初的螺旋桨设计早就实现了,斯塔尔继续调整产品性能。最近的一个进展,水钻,是小的“流动围栏”,控制水流和减少在高压侧的叶片湍流振动,以更好的加速和机动性在紧转弯。Stahl指出:“注射成型使得添加特征细节变得容易,比如我们的.bites,用金属制造这些特征细节既困难又昂贵。”
 
 
 
斯塔尔说,食人鱼最新的螺旋桨迭代,旨在为家庭船和服务驳船,改善反向推力。“对于没有经验的人来说,这并不需要太多的困难,因为反向推力的性能显著低于正向推力。
 
 
 
螺旋桨被设计成推动,而不是拉动。”根据一些专有的叶片设计变化,Piranha的水推力螺旋桨,他报告说,提供比公司的标准螺旋桨多400%的反向推力,没有正向推力的变化,并且是竞争对手金属的反推力的两倍。道具。


一种实用的无维修费用的道具
 
 
 
斯塔尔报告说,他的公司的注塑工艺非常快速和无问题。设计的模块化意味着需要更少的模具,这有助于降低成本。举个例子,对于轮毂和轮毂延伸部分来说,为了适应A系列舷外板,只需要两个模具,因为任何叶片,不管螺距如何,都适合于槽中。他补充说,所有的食人鱼枢纽都保证终生,而且每年销售的数万个食人鱼枢纽中,只有少数会返还以供更换。
 
 
 
因此,水手座的螺旋桨是负担得起的,并且具有容易改变的叶片,是一个不合格的成功,如其广泛的客户基础所证明。更换损坏的刀片而不是更换整个支柱的能力降低了船舶所有权成本。事实上,由于价格低廉,客户经常购买不同桨距的可互换的桨叶组,使他们能够调整他们的船的推进力到预期的用途。为速度划船?运输重载?他们拥有世界上最好的东西。www.hg0088.com