Ин таҳқиқот самаранокии кашиш ва эътимоднокии сохтории пропеллери се-парраи байнимуҳитиро, ки барои кори алоҳида ҳам дар ҳаво ва ҳам дар об пешбинӣ шудааст, дар як занҷири муҳандисӣ арзёбӣ мекунад. Пропеллери байнимуҳитӣ унсури кашишест, ки бояд дар муҳитҳои ҳаво ва об бо зичӣ ва шароити борбардории гидродинамикии хеле гуногун кор карда тавонад. Муҳаққиқон аввал геометрияҳои номзадро бо Назарияи Импулси Унсури Парра (Blade Element Momentum Theory, BEMT) зуд аз назар гузаронида, сипас барои геометрияи интихобшуда бо истифода аз Динамикаи Ҳисобии Моеъҳо (Computational Fluid Dynamics, CFD) фишорҳои сатҳии сеандоза ва нобаробарро ҳисоб карда, ин фишорҳо ва борҳои марказгурезро тавассути пайвасти яктарафаи моеъ–сохтор ба модели сохтории унсурҳои ниҳоӣ интиқол додаанд.

Се ҳолати стационарии корӣ арзёбӣ шудааст: дар ҳаво ҳангоми оғоз 3000 r/min ва вуруди меҳварии сифр, дар об ҳангоми оғоз 500 r/min ва вуруди меҳварии сифр, ва ҳангоми вуруди об 500 r/min ҳамроҳ бо ҷараёни меҳварии 5 m/s. Дар тарҳи асосӣ ҳолати аз ҳама критикӣ вуруди об будааст. Дар ин шароит фишори максималии von Mises 129,8 MPa ва деформатсияи максималии умумӣ 5,378 mm ҳисоб шудааст; фишори қуллавӣ дар ҳамаи ҳолатҳо дар гузариши решаи парра–ступитса мутамарказ гардидааст. Бо дарназардошти қувваи номиналии ҷорӣшавии 145 MPa барои алюминийи 6063-T5, ки дар манбаъ дода шудааст, арзиши 129,8 MPa ба тақрибан %89,5-и қувваи ҷорӣшавӣ мерасад.

Барои кам кардани номудавомии геометрӣ дар решаи парра fillet-и 2 mm татбиқ шуда, баъдан профил, кунҷи ҷойгиршавии парра ва параметрҳои таҳкими реша муқоиса шудаанд. Геометрияи ниҳоӣ аз профили NACA0012, кунҷи парраи 0°, Taper Chord = 0,90, Scale Chord = 1,05 ва fillet-и решаи 2 mm иборат аст. Дар шароити критикии вуруди об ин тарҳ фишори максималиро аз 129,8 MPa то тақрибан 87,0 MPa ва деформатсияи максималии умумиро аз 5,378 mm то 3,669 mm коҳиш додааст.

Ҳадди тафсири натиҷаҳо муҳим аст. Таҳқиқот озмоиши прототипи физикӣ ё таҷрибаи гузариши воқеӣ аз сарҳади ҳаво–об нест. Таҳлил ба CFD-и стационарӣ ва пайвасти яктарафаи моеъ–сохтор асос ёфтааст; таъсири бозгаштии деформатсияи сохторӣ ба майдони ҷараён, падидаҳои гузарои гидроэластикӣ, интерфейси дуфазаи ҳаво–об, хастагӣ ва таҳаммулпазирии истеҳсолӣ ҳисоб карда нашудаанд. Аз ин рӯ, натиҷаҳо барои тарҳрезии ибтидоӣ ва муайян кардани минтақаҳои критикӣ чаҳорчӯбаи қавии муҳандисии ададӣ пешниҳод мекунанд, вале ҷойгузини санҷиши мустақими саҳроӣ ё прототипӣ намешаванд.

Масъалаи таҳқиқот: чӣ гуна як пропеллер метавонад дар ду муҳити моеъи хеле гуногун бехатар боқӣ монад?

Яке аз фарқиятҳои асосии муҳандисӣ байни ҳаво ва об зичӣ мебошад. Дар арзишҳои истифодашудаи таҳқиқот зичии ҳаво 1,225 kg/m³ ва зичии об 1000 kg/m³ аст. Аз ин рӯ, бори фишорӣ ба як геометрия танҳо ба суръати гардиш вобаста нест; зичии моеъ, суръати вуруди меҳварӣ, тақсимоти фишор дар сатҳи парра ва таъсири марказгурез якҷоя посухи сохториро муайян мекунанд. Бинобар ин, истифодаи суръати баландтари гардиш дар ҳаво худ аз худ маънои фишори сохтории бештарро надорад.

Дар таҳқиқоти қаблии воситаҳои байнимуҳитӣ кашиш, манёвр, стратегияи гузариши ҳаво–об ва идоракунӣ бештар омӯхта шудаанд, дар ҳоле ки бехатарии сохтории ҳамон пропеллер дар муҳитҳои гуногун камтар ба таври низомманд баррасӣ шудааст. Ҳадафи асосии ин таҳқиқот пур кардани ин холигӣ бо ҷараёни кори ҳамгироест, ки аз тарҳи ибтидоии зуд то ҳалли муфассали фишор ва оптимизатсияи сохторӣ идома меёбад.

Геометрияи асосии пропеллер

Пропеллери ибтидоӣ се-парра буда, буриши NACA0012-ро истифода мебарад. Диаметри берунии аввалия 250 mm аст. Барои пайвасти ступитса ва моделсозии геометрии сеандоза ҳар як парра дар самти радиалӣ 9 mm ба дарун кӯчонида шуда, диаметри ниҳоии таҳлил 232 mm шудааст. Дар Расми 3(b)-и манбаъ инчунин диаметри ступитса 45 mm, дарозии самараноки радиалии парра тақрибан 93,5 mm ва дарозии chord-и нӯг 15 mm нишон дода шудааст.

Пайвасти Яктарафаи Моеъ–Сохтор дар Ин Таҳқиқот Чиро Ифода Мекунад?

Пайвасти яктарафаи моеъ–сохтор маънои онро дорад, ки фишорҳои сатҳи парра, ки бо CFD ҳисоб шудаанд, ва борҳои марбут ба марказгурез ба модели сохтории унсурҳои ниҳоӣ интиқол дода мешаванд, аммо деформатсияи ҳисобшудаи сохторӣ дубора ба майдони ҷараёни CFD баргардонида намешавад. Ин равиш имкон медиҳад, ки дар шароити сершумори стационарии корӣ минтақаҳои критикии фишор ва ҳадафҳои оптимизатсия бо харҷи ҳисобии камтар муайян шаванд; дар баробари ин, он бозгашти деформатсия–ҷараён ва таъсирҳои гузарои гидроэластикиро ҳал карда наметавонад.

Чаро BEMT дар марҳилаи аввал истифода шуд?

Назарияи Импулси Унсури Парра пропеллерро дар самти радиалӣ ба бисёр унсурҳои хурди парра ҷудо мекунад. Аз секунҷаи суръати маҳаллии ҳар унсур кунҷи ҳамла муайян мешавад; қувваҳои бардоштан ва муқовимат ҳисоб шуда, омилҳои индуксия ба таври итеративӣ нав карда мешаванд, то бо назарияи импулс мувофиқ бошанд. Азбаски харҷи ҳисобӣ нисбат ба CFD-и пурраи сеандоза камтар аст, BEMT дар ин ҷо на барои тавлиди бори ниҳоии сохторӣ, балки барои тартиб додани геометрияҳои номзад истифода шудааст.

Секунҷаи суръати BEMT

Дар манбаъ суръати маҳаллии меҳварӣ бо Муодила (1), суръати тангенсиалӣ бо Муодила (2), суръати нисбии натиҷавӣ бо Муодила (3) ва кунҷи вуруд бо Муодила (4) муайян шудаанд:

\[ V_a = V_0(1+a) \tag{1} \]

\[ V_t = \Omega r(1-a') \tag{2} \]

\[ W=\sqrt{V_a^2+V_t^2} \tag{3} \]

\[ \phi=\arctan\left(\frac{V_a}{V_t}\right) \tag{4} \]

Дар ин ҷо \(V_0\) суръати озоди меҳварии ҷараён, \(a\) омили индуксияи меҳварӣ, \(a'\) омили индуксияи тангенсиалӣ, \(r\) мавқеи радиалӣ, \(\Omega\) суръати кунҷӣ, \(V_a\) ҷузъи суръати меҳварӣ, \(V_t\) ҷузъи тангенсиалӣ ва \(W\) бузургии суръати нисбии маҳаллиро ифода мекунад.

Фарқи байни кунҷи маҳаллии ҷойгиршавии парра \(\beta\) ва кунҷи вуруди ҷараён \(\phi\) кунҷи маҳаллии ҳамларо медиҳад:

\[ \alpha=\beta-\phi \tag{5} \]

Ин муносибат ядрои геометрии секунҷаи суръат дар Расми 1 мебошад. Сипас кунҷи ҳамла барои муайян кардани коэффисиентҳои бардоштан ва муқовимати профили дахлдори NACA истифода мешавад.

Қувваҳои бардоштан ва муқовимат

Манбаъ бардоштан ва муқовимати дифференсиалиро дар унсури парра бо ғафсии радиалии \(dr\) чунин муайян мекунад:

\[ dL=0.5\rho W^2cC_Ldr \tag{6} \]

\[ dD=0.5\rho W^2cC_Ddr \tag{7} \]

Дар ин ҷо \(\rho\) зичии моеъ, \(c\) дарозии маҳаллии chord, \(C_L\) коэффисиенти бардоштан ва \(C_D\) коэффисиенти муқовимат мебошад. Ҳадҳои \(W^2\) ва \(\rho\) дар муодилаҳо нишон медиҳанд, ки қувваи маҳаллӣ бо квадрати суръати нисбӣ ва зичии моеъ робитаи қавӣ дорад. Ин хусусияти математикӣ барои фаҳмидани он муҳим аст, ки чаро ҳолатҳои обӣ бо суръати гардиши хеле пасттар метавонанд нисбат ба ҳолати 3000 r/min дар ҳаво борҳои сохтории вазнинтар тавлид кунанд.

Нишонагузории суръати гардиш

Манбаъ дар Муодила (8) шумораи гардишҳоро ба суръати кунҷӣ табдил медиҳад:

\[ \omega=\frac{2\pi n}{60} \tag{8} \]

Дар ин ҷо \(n\), суръати гардиш бо воҳиди r/min мебошад. Дар дигар муодилаҳои BEMT-и матни манбаъ барои ҳамин бузургии физикӣ рамзи \(\Omega\) истифода мешавад. Азбаски байни \(\omega\) ва \(\Omega\) баробарии алоҳида навишта нашудааст, ин як номувофиқии хурди нишонагузорӣ дар худи манбаъ аст; матни Verianla рамзҳоро хомӯшона яксон намекунад.

Кашиш ва моменти унсур

Ҳангоми ҷудо кардани қувваҳои бардоштан ва муқовимат ба самтҳои меҳварӣ ва даврӣ, кашиш ва моменти дифференсиалӣ чунин мешаванд:

\[ dT=B(dL\cos\phi-dD\sin\phi) \tag{9} \]

\[ dQ=Br(dL\sin\phi+dD\cos\phi) \tag{10} \]

Дар ин ҷо \(B\) шумораи парраҳо мебошад. Муодила (9) нишон медиҳад, ки ҷузъи меҳварии бардоштан ба кашиш саҳми мусбат дорад, дар ҳоле ки ҷузъи дахлдори муқовимат кашишро коҳиш медиҳад. Муодила (10) ифода мекунад, ки ҷузъҳои даврии ҳамин қувваҳо нисбат ба меҳвари гардиш момент ҳосил мекунанд.

Тарафи назарияи импулс

Дар равиши диски идеалии актуаторӣ, бо татбиқи нигоҳдории импулс ба найчаи ҷараёни ҳалқашакл барои ҳамон кашиш ва моменти дифференсиалӣ ифодаи дуюм ба даст меояд:

\[ dT=4\pi\rho rV_0^2a(1+a)\,dr \tag{11} \]

\[ dQ=4\pi\rho r^3V_0\Omega(1+a)a'\,dr \tag{12} \]

Сабаби итеративӣ будани ҳалли BEMT дар он аст, ки ифодаҳои Муодила (9)–(10), ки аз аэродинамикаи унсури парра меоянд, бо ифодаҳои Муодила (11)–(12), ки аз назарияи импулс меоянд, тавассути омилҳои индуксия ба ҳам мувофиқ карда мешаванд. Дар ҳар унсури радиалӣ \(a\) ва \(a'\) нав карда мешаванд; пас аз расидан ба ҳамгароӣ дар тамоми парра интеграл гирифта шуда, кашиш ва моменти умумӣ пайдо мешаванд.

Самаранокии кашиш

Манбаъ самаранокии пропеллерро чунин муайян мекунад:

\[ \eta=\frac{TV_0}{Q\Omega} \tag{13} \]

\(TV_0\) дар сурати каср қувваи муфиди кашишро дар самти меҳварӣ ва \(Q\Omega\) дар махраҷ қувваи механикии гардиши ба вал додашударо ифода мекунад. Аз ҷиҳати андозагӣ ҳар ду ифода қувва бо воҳиди watt буда, нисбат беандоза аст.

Скрининги ду-марҳилавии BEMT

Дар скрининги аввал миқёсбандии глобалии chord ва кунҷи pitch-и парра тағйир дода шуда, моделҳои A2, A3 ва B3 ба марҳилаи дуюм гузаронида шудаанд. Балли умумии баландтарини даври аввал барои A2 0,69086 буд. Дар даври дуюм параметри spanwise taper-и геометрияҳои интихобшуда санҷида шуда, A3 t1 баландтарин балли 0,58656-ро гирифтааст.

Баллҳои ҳаво ва об чӣ гуна ташкил шуданд?

Муаллифон ба самаранокӣ %50, ба коэффисиенти кашиш %35 ва ба коэффисиенти қувва %15 вазн додаанд. Баллҳои тарафи об ва ҳаво мутаносибан:

\[ S_w=0.50\eta_w^*+0.35C_{T,w}^*+0.15C_{P,w}^* \tag{14} \]

\[ S_a=0.50\eta_a^*+0.35C_{T,a}^*+0.15C_{P,a}^* \tag{15} \]

Балли ниҳоии байнимуҳитӣ бошад:

\[ Score=0.60S_w+0.40S_a-0.10|S_w-S_a| \tag{16} \]

мебошад. Формулаи охирин ба кори обӣ %60 ва ба кори ҳавоӣ %40 вазн медиҳад ва агар байни ду муҳит номувозинатии аз ҳад зиёд бошад, ҳади ҷаримавии \(|S_w-S_a|\)-ро татбиқ мекунад. Манбаъ бузургиҳои ситорачадори \(\eta^*\), \(C_T^*\) ва \(C_P^*\)-ро ҳамчун нишондиҳандаҳои нормализатсияшуда муайян мекунад, вале табдили возеҳи математикии раванди нормализатсияро алоҳида намедиҳад. Аз ин рӯ, системаи баҳогузорӣ бо арзишҳои манбаъ истифода шуда метавонад, аммо барои бозтавлиди комилан мустақил ҷузъиёти нормализатсия намерасад.

Конфигуратсияи асосии интихобшуда

A3 t1 бо дарназардошти якҷояи кори тарафи ҳаво ва об, пайвастагии геометрӣ ва балли умумии марҳилаи дуюм ҳамчун геометрияи асосӣ интихоб шудааст. Параметрҳои он Scale Chord = 0,80, Change Blade Angle = +2° ва Taper Chord = 1,00 мебошанд. Таҳлилҳои минбаъдаи CFD ва сохторӣ бар ҳамин геометрия гузаронида шудаанд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Модели CFD

Ҳаво ва об ҳамчун моеъҳои пайвастаи фишурданашаванда моделсозӣ шудаанд. Дар оғози ҳавоӣ шумораи Mach дар нӯги парра тақрибан 0,107 дода шуда, ин арзиш барои равиши камсуръати фишурданашаванда қобили қабул дониста шудааст. Муодилаҳои пайвастагӣ ва импулс дар чаҳорчӯбаи CFD-и ҳаҷми ниҳоӣ ҳал гардида, бинобар ҷараёни назди девор, градиенти баръакси фишор ва масъалаҳои парраи даврзанандаи моил ба ҷудошавӣ, модели турбулентии SST \(k-\omega\) истифода шудааст.

Соҳаи ҳисобӣ аз ду минтақа иборат аст: дохилӣ даврзананда ва берунӣ собит. Сатҳҳои парра ва ступитса деворҳои no-slip мебошанд. Дар ҳолатҳои оғози ҳавоӣ ва оғози обӣ суръати вуруд сифр аст, дар вуруди об суръати меҳварии вуруд 5 m/s мебошад. Дар баромад шарти сарҳадии баромади фишор татбиқ шудааст.

Чаро майдони фишор мустақиман ба модели FEA интиқол дода шуд?

Фишор дар сатҳи парра яксон нест. Расмҳои CFD-и манбаъ нишон медиҳанд, ки фишорҳои баланд махсусан дар канори ҳамла ва атрофи решаи парра, фишорҳои пасттар бошад дар сатҳи ҷаббиш ва канори баромад ба вуҷуд меоянд. Аз ин рӯ, боргузории парра бо як фишори собит интиқоли воқеии борро аз ҳад зиёд содда мекард. Муҳаққиқон майдони сеандозаи фишорро дар самтҳои радиалӣ ва chord аз CFD ба сатҳҳои унсурҳои ниҳоӣ мутобиқ карда, ба он бори марказгурези ҳар шароити кориро илова кардаанд.

Мустақилияти mesh ва ҳалнокии деворӣ

Азбаски фарқҳо байни mesh-и миёна ва нозук хеле камтар аз %1 буданд, mesh-и нозук дар ҳамаи ҳисобҳои минбаъдаи CFD истифода шудааст. Арзишҳои миёнаи \(y^+\) дар оғози ҳавоӣ 0,42, дар оғози обӣ 0,76 ва дар вуруди об 0,95 мебошанд. Арзишҳои максималӣ мутаносибан 1,35, 1,82 ва 2,37 мебошанд; дар зиёда аз %95-и сатҳи парра \(y^+<1\) муайян шудааст. Ин арзишҳо бо равиши mesh-и нозуки деворӣ барои ҳалли мустақими зерқабати часпак дар модели SST \(k-\omega\) мувофиқанд.

Модели сохторӣ ва интиқоли бор

Майдонҳои фишори CFD ба сатҳҳои дахлдори парра дар модели унсурҳои ниҳоӣ интиқол дода шудаанд. Интерфейси ступитса–вал ҳамчун такягоҳи собит қабул шудааст. Самаранокии сохторӣ бо ду бузургии асосӣ арзёбӣ шудааст: фишори эквивалентии максималии von Mises ва деформатсияи максималии умумӣ. Фишори von Mises ба хатари ҷорӣшавии маҳаллӣ ва тамаркузи фишор ҳассос аст, дар ҳоле ки деформатсияи умумӣ ҷойивазкунии глобалии тамоми пропеллерро ифода мекунад.

Чаро Вуруди Об Шарти Аз Ҳама Критикии Сохторӣ Буд?

Вуруди об шарти аз ҳама критикӣ мебошад, зеро илова шудани вуруди меҳварии 5 m/s ба об бо зичии 1000 kg/m³ дар сатҳи парра, махсусан наздики гузариши реша, градиентҳои қавитар ва нобаробартари фишорро ба вуҷуд овардааст; вақте ки ин борҳои CFD ҳамроҳ бо таъсири марказгурез ба модели FEA интиқол дода шуданд, фишори максималии von Mises ба 129,8 MPa ва деформатсияи максималӣ ба 5,378 mm расид. Гарчанде суръати гардиш дар ҳаво баландтар буд, аз сабаби зичии хеле пасттари ҳаво бори сохторӣ камтар боқӣ монд.

Посухи сохтории модели асосӣ

Рақамҳои худи манбаъ нишон медиҳанд, ки вуруди об ҳам фишори аз ҳама баланд ва ҳам деформатсияи умумии аз ҳама баландро ба вуҷуд овардааст. Бо вуҷуди ин, дар як ҷумлаи матни натиҷаҳо навишта шудааст, ки деформатсияи оғози обӣ аз вуруди об калонтар аст; ин ба арзишҳои ҷадвалҳо мувофиқат намекунад.

Чаро Решаи Парра Маркази Тамаркузи Фишор Буд?

Гузариши решаи парра–ступитса роҳи асосии бор аст, ки тавассути он қувваҳои гидродинамикӣ ва аэродинамикии дар сатҳи парра тақсимшуда бояд ба ступитса ва вал интиқол ёбанд; азбаски дар ҳамин минтақа геометрияи буриш ва каҷӣ низ тағйир меёбад, интиқоли бор ва номудавомии геометрӣ якҷоя фишори маҳаллии von Mises-ро боло мебаранд. Аз ин рӯ, дар ҳамаи се шароит фишори қуллавӣ на дар нӯги парра ё қисми миёнаи span, балки дар гузариши реша ба вуҷуд омадааст.

Чаро ба ҷойи тамоми парра минтақаи реша оптимизатсия шуд?

Контурҳои фишори манбаъ нишон медиҳанд, ки минтақаи заиф маҳаллӣ аст. Тағйир додани тамоми профили парра метавонист самаранокии аэродинамикӣ ё гидродинамикӣ, масса, инерсияи гардишӣ ва масрафи қувваро бе зарурат тағйир диҳад. Аз ин рӯ, муҳаққиқон равиши маҳаллиеро интихоб карданд, ки буриши борбардор ва пайвастагии геометриро мустақиман беҳтар мекунад.

Тағйири аввалини маҳаллӣ: fillet-и 2 mm

Ба гузариши тезу геометрӣ дар пайвасти решаи парра–ступитса fillet бо радиуси 2 mm илова шудааст. Fillet ҳадаф дорад, ки бор ба ҷойи тамаркуз дар нуқтаи танги шикасти геометрӣ дар тӯли каҷии пайвастатар интиқол ёбад. Манбаъ хабар медиҳад, ки ин тағйир дар ҳар ду шароити обӣ фишори қуллавиро коҳиш додааст.

Оптимизатсияи параметрӣ

Пас аз fillet се гурӯҳи тағйирёбандаҳо баррасӣ шудаанд: профилҳои NACA0012, NACA2412 ва NACA0020; кунҷҳои ҷойгиршавии −2°, 0° ва +2°; инчунин таҳкими реша бо омезишҳои гуногуни Taper Chord ва Scale Chord. Ҳамаи муқоисаҳо дар шароити критикии вуруди об анҷом шудаанд.

Ин ҷадвал нишон медиҳад, ки профили ғафстар ё кунҷи калонтари парра худ аз худ фишори пасттарро таъмин намекунад. Азбаски тағйири профил ва кунҷ фишори сатҳӣ ва тақсимоти борро низ тағйир медиҳад, фоидаи сохториро танҳо бо ғафсии буриш шарҳ додан мумкин нест. Фишори қуллавии аз ҳама паст дар омезиши Taper 0,90 / Scale 1,05 ба даст омадааст, ки масоҳати борбардори решаро ба таври мӯътадил зиёд мекунад.

Геометрияи ниҳоии оптимизатсияшуда

Муқоисаи пеш ва пас

Дар вуруди об коҳиши фишори максималии von Mises тақрибан %32,97 ва коҳиши деформатсияи умумӣ тақрибан %31,77 аст. Дар оғози ҳавоӣ тағйир аз ҷиҳати мутлақ хурд аст, зеро арзишҳои ибтидоии фишор ва деформатсия аллакай пастанд.

Мушкилоти манбаъ дар фоизи деформатсияи оғози обӣ

Матни оптимизатсияи мақола хабар медиҳад, ки деформатсияи оғози обӣ %78,23 кам шудааст. Аммо ҳангоми истифодаи арзишҳои 1,330 mm ва 0,611 mm аз Ҷадвали 7 коҳиши арифметикӣ тақрибан %54,06 мешавад. Агар арзиши асосии 1,133 mm аз Ҷадвали 5 истифода шавад, коҳиш тақрибан %46,07 мешавад. Аз ин рӯ, арзиши %78,23 бо ҳеҷ яке аз ду арзиши эҳтимолии асосӣ дар манбаъ мувофиқат намекунад ва набояд ҳамчун натиҷаи боэътимод такрор шавад.

Номувофиқии визуалӣ дар Расми 8

Сарлавҳаи Расми 8-и манбаъ мегӯяд, ки контурҳои деформатсияи умумии моделҳои асосӣ ва оптимизатсияшуда барои се шароит муқоиса мешаванд. Панелҳои оғози ҳавоӣ ва оғози обӣ воқеан ҳамчун деформатсияи умумӣ нишонагузорӣ шудаанд. Аммо дар легендаҳои худи зерпанелҳои (e) ва (f), ки вуруди обро нишон медиҳанд, “Equivalent (von-Mises) Stress” ва воҳиди Pa дида мешавад. Аз ин рӯ, ин ду панел контурҳои деформатсияе нестанд, ки ба сарлавҳаи расм мувофиқат кунанд. Арзишҳои деформатсияи 5,378 mm ва 3,669 mm барои вуруди об бояд аз Ҷадвали 7 ва матн гирифта шаванд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Манбаъ дастгирӣ мекунад, ки дар шароити алоҳидаи кори ҳавоӣ ва обӣ борҳои сохториро танҳо аз рӯйи суръати гардиш тартиб додан мумкин нест. Зичии моеъ ва вуруди меҳварӣ майдони фишор ва дар натиҷа интиқоли бор дар парраро ба таври назаррас тағйир медиҳанд. Дар се ҳолати омӯхташуда роҳи аз ҳама критикии бор аз решаи парра ба ступитса равона шудааст ва оптимизатсияи маҳаллии реша фишори қуллавиро дар муҳити обӣ ба таври назаррас коҳиш додааст.

Манбаъ инчунин нишон медиҳад, ки скрининги зуди BEMT, истихроҷи муфассали фишори CFD ва муайянкунии минтақаи критикӣ дар асоси FEA метавонанд барои пропеллерҳои байнимуҳитӣ дар марҳилаи аввали тарҳрезӣ байни харҷи ҳисобӣ ва тафсилоти физикӣ мувозинати амалии муҳандисӣ фароҳам оранд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Таҳқиқот ба таври таҷрибавӣ нишон надодааст, ки пропеллери оптимизатсияшуда дар прототипи физикӣ ҳамон арзишҳои фишор ва деформатсияро тавлид мекунад. Сатҳи озод, ҷараёни бисёрфаза, бори зарба, кавитатсия, зарбаҳои гузарои фишор ё бозгашти гидроэластикӣ, ки ҳангоми гузариш аз интерфейси ҳаво–об ба вуҷуд омада метавонанд, ҳал карда нашудаанд. Пайвасти яктарафа ҳолатҳоеро, ки деформатсияи сохторӣ метавонад майдони ҷараёнро тағйир диҳад, ба назар намегирад.

Таҳқиқот инчунин барои умри хастагӣ, ларзиш, резонанс, нуқсонҳо ва таҳаммулпазирии истеҳсолӣ, парокандагии воқеии мавод ё эътимоднокии дарозмуддати корӣ тасдиқи таҷрибавӣ пешниҳод намекунад. Аз ин рӯ, фишори максималии оптимизатсияшудаи 87 MPa танҳо натиҷаи FEA аст, ки дар шароити стационарии ададии муайяншуда ба даст омадааст.

Маълумоти нокифоя аз нигоҳи бозтавлидпазирӣ

Манбаъ номи тиҷоратӣ ё кушодаи бастаи нармафзории CFD ва FEA-и истифодашударо гузориш намедиҳад; инчунин баъзе ҷузъиёти татбиқи ададӣ, аз қабили алгоритми пайвасти фишор–суръат, тартиби дискретизатсия, ҳадҳои ҳамгароии residual ва ҷузъиёти ҳалкунандаи сохториро возеҳ намедиҳад. Формулаҳои пурраи нормализатсияи нишондиҳандаҳои ситорачадори нормализатсияшудаи \(\eta^*\), \(C_T^*\) ва \(C_P^*\), ки дар баҳогузории BEMT истифода шудаанд, низ нишон дода нашудаанд. Ин камбудиҳо ба фаҳмидани натиҷаҳои пешниҳодшуда монеъ намешаванд, аммо бозтавлиди комилан якхелаи таҳқиқотро аз ҷониби муҳаққиқи мустақил маҳдуд мекунанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ: Structural Analysis and Optimization of a Propeller Under Separate Air and Water Operating Conditions Using One-Way Fluid–Structure Coupling.

Муаллифон: Tiezhuang Zhou; Zhihang Wang; Minghao Zhao; Guobin Zhang.

Муаллифони масъул: Tiezhuang Zhou ва Guobin Zhang.

Муассисаҳо: Salt Lake Chemical Engineering Research Complex, School of Chemical Engineering, Qinghai University, Xining, China; дар сабти расмии MDPI муассисаи дуюм ҳамчун Inner Mongolia Power Group Alxa Power Supply Company, Alxa, China оварда шудааст. Дар қабати матнии PDF сатри муассисаи дуюм бо шакли якҷояшудаи “HohhotInner Mongolia...” дида мешавад.

Маҷалла ва шиносаи нашр: Fluids, 2026, Ҷилди 11, Шумораи 9, Мақолаи 225. Ношир: MDPI. DOI: 10.3390/fluids11090225.

Раванди нашр: Мақола 9 июл 2026 қабул, 13 август 2026 бозбинӣ, ҳамон рӯз пазируфта ва 7 сентябр 2026 нашр шудааст.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии муҳандисии ададӣ, дастрасии кушода ва бо баррасии ҳамтоён мебошад. Таҳқиқот таҷрибаи прототипи физикӣ нест.

Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Усули асосӣ: Скрининги ду-марҳилавии геометрияи BEMT; CFD-и сеандоза бо модели турбулентии SST k-ω; интиқоли фишори сатҳии CFD ва бори марказгурез ба модели унсурҳои ниҳоӣ; пайвасти яктарафаи моеъ–сохтор; оптимизатсияи сохторӣ аз рӯйи фишори максималии von Mises ва деформатсияи умумӣ.

Маблағгузорӣ: Project of the Joint Research Institute for Clean Energy Technology Innovation and Achievement Transformation, Qinghai University, No. LHYJY-04-05.

Кумитаи ахлоқ / ризоияти огоҳона: Татбиқ намешавад.

Дастрасии маълумот: Муаллифон изҳор кардаанд, ки маълумоти дастгиркунандаи натиҷаҳои таҳқиқот дар дохили мақола мавҷуд аст.

Ихтилофи манфиатҳо: Guobin Zhang корманди Inner Mongolia Power Group Alxa Power Supply Company мебошад. Муаллифони дигар изҳор кардаанд, ки таҳқиқотро бидуни муносибатҳое анҷом додаанд, ки метавонанд ихтилофи эҳтимолии тиҷоратӣ ё молиявии манфиатҳоро ба вуҷуд оранд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Tiezhuang Zhou ва Guobin Zhang; усул Tiezhuang Zhou ва Zhihang Wang; нармафзор Zhihang Wang; тасдиқ Minghao Zhao ва Guobin Zhang; таҳлили расмӣ ва таҳқиқот Tiezhuang Zhou; захираҳо ва назорат Guobin Zhang; идоракунии маълумот ва визуализатсия Zhihang Wang; тарҳи аввалия Tiezhuang Zhou; бозбинӣ ва таҳрир Zhihang Wang, Minghao Zhao ва Guobin Zhang; идоракунии лоиҳа Tiezhuang Zhou; ҷалби маблағ Guobin Zhang анҷом додааст.

Ёддоштҳои дақиқӣ ва мутобиқати дохилии манбаъ

Якум, деформатсияи умумии асосӣ дар оғози обӣ дар Ҷадвали 5 ҳамчун 1,133 mm ва дар Ҷадвали 7 ҳамчун 1,330 mm дода шудааст. Азбаски дар Расми 8(c) тақрибан 1,3312 mm дида мешавад, Ҷадвали 7 ва расм бо ҳам мувофиқтаранд; аммо Verianla ин фарқиятро аз номи манбаъ хомӯшона ислоҳ намекунад.

Дуюм, ҷумлаи матни натиҷаҳо, ки мегӯяд “оғози обӣ деформатсияи максималии калонтар аз вуруди об ба вуҷуд овардааст”, бо арзишҳои 1,133/1,330 mm ва 5,378 mm дар ҳамон манбаъ мухолиф аст.

Сеюм, коҳиши деформатсия дар оғози обӣ дар матни манбаъ %78,23 дода шудааст, аммо ин фоиз бо арзишҳои нашршудаи ҷадвалҳо бозтавлид намешавад.

Чорум, гарчанде Расми 8 ҳамчун расми деформатсияи умумӣ нишонагузорӣ шудааст, дар панелҳои (e) ва (f) барои вуруди об фишори von Mises ва воҳиди Pa дида мешаванд.

Панҷум, матни BEMT барои суръати кунҷӣ асосан рамзи \(\Omega\)-ро истифода мебарад, дар ҳоле ки Муодила (8) ҳамон бузургиро бо \(\omega\) муайян мекунад. Ин ду рамз дар манбаъ алоҳида баробар карда нашудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ

Пайвасти яктарафа таъсири бозгаштии деформатсияи сохториро ба майдони CFD нодида мегирад. Интиқоли фишор аз mesh-и CFD ба mesh-и сохторӣ метавонад хатои интерполятсия ба вуҷуд орад. Азбаски ҳисобҳо ба шароити стационарӣ асос ёфтаанд, таъсирҳои гузарои гидроэластикӣ ва динамикаи воқеии гузариши сарҳади ҳаво–об ҳал намешаванд. Тасдиқи таҷрибавии физикӣ гузаронида нашуда, хастагӣ ва таҳаммулпазирии истеҳсолӣ арзёбӣ нашудаанд.

Муаллифон дар бахши хулосаи худ низ барои корҳои оянда тасдиқи таҷрибавӣ, таъсири мутақобилаи гузаро ё дутарафаи моеъ–сохтор, таҳлили хастагӣ ва усулҳоеро пешниҳод мекунанд, ки бехатарии сохторӣ ва самаранокии кашишро ҳамзамон оптимизатсия мекунанд. Аз ин рӯ, мавқеи дурусти илмии таҳқиқот бештар ҷараёни кори муҳандисии ададӣ барои скрининги барвақти тарҳ ва оптимизатсияи маҳаллии сохторӣ мебошад, на тасдиқи маҳсулоти ниҳоӣ.