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変形とキャビテーションを考慮した弾性プロペラの翼形状および剛性の最適化

考虑变形和空化的弹性螺旋桨叶片形状和刚度优化

基本信息

批准号：
18K13943
负责人：
新川大治朗
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

一般的に商舶用のプロペラは金属製であるが、近年、複合材料製のプロペラの開発と実用化がなされている。複合材料となることによりプロペラの弾性変形を利用し、船尾伴流中でキャビテーションを抑えることが期待されている。本研究の目的は、キャビテーションを抑え、なおかつ効率の良い弾性プロペラの翼形状と剛性を見出すこと、またプロペラ翼形状、翼の変形とキャビテーションの関係性を明確にすることであった。本研究では、揚力面理論とFEMを組み合わせることにより、弾性プロペラの構造流体連成計算法を開発した。なお揚力面理論計算によるプロペラ翼形状と特性の変化の影響については組合せラインCCD法による弾性プロペラ模型の変形量計測結果と比較して再現可能であることを検証した。また、パネル法によるプロペラ性能計算法によりプロペラ効率とキャビテーションの発生範囲を関数とした多目的最適化手法を開発した。さらに、設計空間内における設計変数と設計変数間の複雑な応答を可視化およびイメージ可能な単純な関数に抽出することのできる固有直交分解法を開発した。本手法によって、プロペラの設計変数（ピッチやキャンバーなど）によるプロペラ特性の変化を、単独の設計変数による影響（主要因効果）と2つ以上の設計変数による影響（交互作用）として抽出し、可視化することが可能になった。これにより有効なパラメータの確認が可能となった。本研究の結果、弾性プロペラが変形することに流体特性の変化の予測、またキャビテーションの発生範囲を考慮した多目的最適化、さらに設計変数がプロペラ特性に与える複雑な応答を抽出して可視化することが可能になった。

Generally, commercial ships use のプロペラは metal であるが, and in recent years, composite material のプロペラの开発と成化がなされている. Composite materials and materials In the wake of the wake, the tail flow is waiting for the tail flow. The purpose of this study is, キャビテーションを suppresses, なおかつ efficiency, good performance, wing shape and rigidity.出すこと, またプロペラ Wing shape, Wing の変shaped とキャビテーションのrelational をclear にすることであった. This study is based on the Lifting Surface Theory and the FEM Combination Method and the Structural Fluid Connectivity Calculation Method. Theoretical calculation of なおlift surface によるプロペラwing shape and characteristics の変化のeffect についてはcombinationせラインCC It is possible to compare the measurement results of the deformation quantity of the D-method flexural model and prove that it is possible to reproduce it.また、パネル法によるプロペラperformance calculation methodによりプロペラefficiencyとキャビテーションの発生风囲を关数としたmulti-purpose optimization techniqueを开発した.さらに、Design space におけるDesign dimensional number とDesign dimensional number room のFu雑な応 Answer をVisualization およびThe イメージpossible な単pure off numberにdraws the することのできるinherent orthogonal decomposition method を开発した. This technique is based on the design value of the プロペラの (ピッチやキャンバーなど) によるプロペラ Characteristics の変化を、嘘多のDesign 剉numberによるInfluence (main effect) と2 つ or more の design value による influence (interaction) として extraction し, visualization することがpossible になった.これによりeffectiveなパラメータのconfirmationがpossibleとなった. The results of this study, the prediction of the elasticity of the fluid properties and the change of the fluid properties, and the consideration of the change of the elasticity of the fluid properties.たMulti-purpose optimization, さらにDesign value がプロペラcharacteristicsに and える雑な応 Answer をExtraction してVisualization することがpossible になった.