QinetiQ最近在英国法尔茅斯湾完成了一种新型复合材料螺旋桨的海上试验。它的直径为2.9米，是世界上最大的螺旋桨。然而，尽管其庞大的比例，它的重量远远低于一个相当于传统的船舶螺旋桨由镍铝青铜（NAB）。原因是新型轻质复合材料。亚博网站下载
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图1所示。RV Triton三壳战舰上直径2.9米的复合螺旋桨。 |
复合螺旋桨结构螺旋桨有五个复合材料叶片，用螺栓固定在NAB轮毂上。复合材料中使用的材料可在市场上买到，正是纤维、树脂和层压层的正确混合发展为海洋应用提供了所需的机械和亚博网站下载环境性能。广泛的开发试验包括海洋环境中的耐久性试验，以及吸水和污垢试验。还研究了空化、冲击和环境疲劳的影响。 复合推进器被测试的船舶该螺旋桨是为QinetiQ的三体战舰原型RV Triton设计的，旨在探索复合材料在海洋推进中的应用。亚博网站下载Triton是世界上最大的发动机动力三船体船。 复合材料螺旋桨性能优化
QinetiQ海洋结构概念技术总监Catherine Kane描述了所使用材料的优化过程。亚博网站下载“这种应用所需的基本力学性能包括刚度、强度和疲劳性能。结构被优化为沿桨叶长度最硬(即在螺旋桨的径向方向)，足够强大，在设计负载上有一个重要的安全因素。以材料为基亚博网站下载础，该复合材料的硬度约为NAB的一半，但具有相似的强度(见图2)。第一次检查时，人们可能会担心刚度，但这些材料的特定刚度使它们非常吸引人。通过改进螺旋桨本身的设计，结构刚度得以恢复。此外，疲劳性能在很大程度上取决于根部金属镶块的性能。在测试中，失效是由于NAB中的缺陷引起的，而复合材料仍然完好无损。”
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图2。镍铝青铜与新型复合材料的应力应变图比较。 |
改进的复合螺旋桨空化性能设计的首要任务是减少因水的压力梯度而导致的空化损坏点蚀问题。水在螺旋桨表面形成蒸汽气泡，然后这些气泡坍塌并导致重复的局部应力。理论模型表明，与原始NAB螺旋桨相比，复合螺旋桨设计的空化起始速度高出30%。项目经理科林·波德莫尔（Colin Podmore）解释说，这是形状改进的结果，而不是新材料的使用——尽管这种组合提供了许多好处使用更轻的复合材料意味着叶片可以更厚，而不会显著增加螺旋桨的重量。较厚的叶片有可能改善空化性能，从而减少振动和水下特征。”亚博网站下载 提高复合材料螺旋桨的预期寿命复合材料螺旋桨的使用寿命预计为25年。相比之下，NAB螺旋桨预计会遭受气蚀和腐蚀，需要定期更换。需要进行额外的试验，以解决耐久性问题，并充分验证长期性能。 复合推进的扩展应用勒尔这种复合推进器引起了许多国防部和国防公司的兴趣。凯恩说，希望我们也能增加对商业领域的兴趣。 总结Qinetiq目前正在寻找利用复合材料的方法，预计它将在其他海洋应用中找到自然的归宿，如舰船和潜艇上的二级结构。亚博网站下载它还可以节省成本。“加工技术允许复杂形状的生产，因此，如果需要足够的数量，通过减少后期加工和金属部件通常需要的连接，单位生产成本可能会降低，”Kane说。 |