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Jan 17, 2024

表面のパフォーマンスに対する位置決めおよび操作パラメータの影響の実験的評価

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18566 (2022) この記事を引用 913 アクセス メトリクスの詳細 今日、表面貫通プロペラは、より高度な用途に適した選択肢として認識されています。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18566 (2022) この記事を引用

913 アクセス

メトリクスの詳細

現在、表面貫通プロペラは高速化に適した選択肢として認識されています。 しかし、そのような設計アルゴリズムの開発は、その性能に影響を与えるパラメータに関する知識が不十分であるため、課題が残されています。 このため、実験データを作成し、さまざまなパラメーターがパフォーマンスに与える影響を研究することが重要です。 これらのプロペラの実験的知識を発展させることを目的として、この研究では、カスタム設計のプロペラのモデル試験結果に対する位置パラメータとフルード数の影響を調査します。 さらに、異なるフルード数での換気後流の発達が研究されました。 実験結果では、浸漬率の増加がプロペラの推力に好影響を及ぼし、傾斜角を 6°増加させると推力と前進方向の効率が向上し、ヨー角が 10 度まで増加すると推力がわずかに増加することが示されました。 °。 プロペラの横方向の力もさまざまな位置と動作条件で抽出され、プロペラの動作を特定し、必要なシャフトとサポートを設計しました。 最後に、設計段階で使用された流体力学係数を予測するための回帰式を比較し、実験結果によって検証しました。 結果は、プロペラに影響を与える流体力学係数を推定するには、このモデルの精度が不十分であることを指摘しました。

水面駆動システムと表面貫通プロペラ (SPP) を使用するという概念は、従来のプロペラで速度を高めるプロセスがプロペラの性能に 2 つの有害な要因をもたらすため、喫水の浅いボートの推進のために最初に始まりました。(1) キャビテーション。非常に悪影響が大きく、高速では無視できないため、翼負圧面でのスーパーキャビテーション現象が考えられます。 この解決策は、マイクロバブルの悪影響を防止しましたが、同時にブレードの背後の圧力をキャビテーション蒸気圧に制限することでプロペラ効率を低下させました。 (2) 高速では、プロペラ保護構造とシャフトにかかる流体抵抗力が増加し、システム効率が低下します。 これらの問題に対処するために、高速船の設計者は、シャフトラインが船の喫水線と一致するようにプロペラの取り付け位置を変更しました。 ここでは、各ブレードが水と空気の界面で回転し、ブレードの裏側に通気現象をもたらし、キャビテーションを防ぎます。 この推進システムでは、プロペラの一部が水と接触する唯一のコンポーネントであるため、システム部品の抵抗が大幅に減少します2。 このようにして、燃料消費量を削減しながら、最終速度と効率が向上します。 表面貫通型プロペラを使用することのさらなる利点としては、パワーユニットあたりのキャリッジ容量が大きいこと、船尾からの距離によりプロペラの直径を大きくできる可能性、揚力と横力を制御する柔軟なシャフト角度により操縦性が向上することが挙げられます。

このような推進システムの前述の利点にもかかわらず、研究者は、プロペラの性能に対するさまざまなパラメータの影響を完全に理解し、標準的な方法（と同様の方法）を考案する際に、プロペラの周囲の複雑な物理学と多相流によって妨げられてきました。従来のプロペラ用に開発されたもの）を使用して、意図した性能に合わせて形状を設計します。 このような知識が不十分な場合、追加費用が発生する可能性があります。 表面貫通プロペラに関する公開情報には限られた形状のみが含まれており、応用分野が限られているため、情報に完全にアクセスできるわけではありません。 このようなプロペラを設計するあらゆる取り組みには、試行錯誤のプロセスが必要となるか、これまでに実施された実験研究に従う必要がありました3。