一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶制造技术

本发明专利技术涉及一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶，包括柔性区和刚性区，柔性区采用高阻尼粘弹性材料，刚性区采用纤维增强材料；柔性区在螺旋桨弦向的边界从随边起，向导边延伸一定弧长，柔性区在螺旋桨径向具备一定宽度d；刚性区为除去柔性区以外的区域，且刚性区与柔性区表面共形值从而形成光顺的桨叶表面。本发明专利技术设置柔性区和刚性区，柔性区可明显释放螺旋桨的随边在螺旋桨轴向方向的自由度，从而显著改善螺旋桨的振动响应、大幅提高减振降噪效果；刚性区通过实心及优化纤维铺层角度从而增加螺旋桨的弯曲刚度、减小扭转刚度，最终实现降低螺旋桨在伴流场中桨叶表面压力脉动产生的非定常力从而增强减振降噪效果，同时提高螺旋桨的推进效率。推进效率。推进效率。

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶


[0001]本专利技术属于船用螺旋桨
，具体涉及一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶。

技术介绍

[0002]螺旋桨噪声是船舶尤其是水下航器的辐射噪声及自噪声来源。螺旋桨的减振降噪技术主要采用材质改变和结构设计的方法。金属螺旋桨由于整体刚度较大，在中高航速情况下辐射噪声和自噪声问题突出。中国专利CN114889786A公开了一种复合材料螺旋桨桨叶，主要采用全碳纤维或玻璃纤维的蒙皮夹心加筋结构，由于纤维复合材料和阻尼复合材料的使用，其减振降噪效果得到了较大提升。然而，在螺旋桨正常运转的水流周期脉动压力下，上述专利在减振降噪效果方面还存在一定差距，另外推进效率还需要进一步提升。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的螺旋桨的辐射噪声和自噪声与实际要求存在一定差距且推进效率偏低等问题，提供一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶，通过复合材料桨叶的结构形式及材料设计的综合设计，进一步提高复合材料螺旋桨在中高频段下减振降噪效果和推进效率。
[0004]本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
[0005]一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶，所述桨叶包括柔性区和刚性区，所述柔性区采用高阻尼粘弹性材料，所述刚性区采用纤维增强材料；所述柔性区在螺旋桨弦向的边界从随边起，向导边延伸一定弧长，柔性区在螺旋桨径向具备一定宽度d；所述刚性区为除去柔性区以外的区域，且刚性区与柔性区表面共形值从而形成光顺的桨叶表面。
[0006]上述方案中，所述柔性区与刚性区的连接方式为：刚性区在桨叶的叶面与叶背表面均开设沟槽，所述柔性区的材料延伸至沟槽内，且柔性区与刚性区胶合连接。
[0007]上述方案中，叶面与叶背表面的沟槽呈对称的C型。
[0008]上述方案中，所述柔性区靠近桨叶根部的弧形边界与远离桨叶根部的弧形边界之间采用圆弧边界过渡连接。
[0009]上述方案中，所述柔性区靠近和远离螺旋桨叶根部分的两处弧长边界均占各自所在位置螺旋桨半径处的总弧长的1/3～1/2。
[0010]上述方案中，所述柔性区在螺旋桨径向的宽度d在0
‑
R/2区间内依据声学性能和强度性能要求确定，声学性能要求越高，d取值越大，强度性能要求越高，d取值越小；其中，R为螺旋桨半径。
[0011]上述方案中，所述柔性区靠近桨叶根部的弧形边界距桨叶根部的距离a在0
‑
R/5区间内依据成型工艺及强度要求确定，强度要求越高，a取值越大；其中，R为螺旋桨半径。
[0012]上述方案中，所述刚性区采用单向弹性模量大于120GPa的高模量纤维材料。
[0013]上述方案中，所述刚性区采用单向纤维布铺层而成，铺层方向以纤维布的L向与螺旋桨的0
°
方向呈30至45度夹角为主，该类纤维铺层层数占所在区域厚度上总铺层层数的
90％以上，其余铺层以0
°
和90
°
为主。
[0014]上述方案中，所述柔性区采用阻尼损耗因子大于0.3、失效应变大于1.0的高阻尼粘弹性材料。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016]1、本专利技术低噪声复合材料螺旋桨桨叶设置柔性区和刚性区，柔性区使用高阻尼粘弹性材料，可明显释放螺旋桨的随边在螺旋桨轴向方向的自由度，从而显著改善螺旋桨的振动响应、大幅提高减振降噪效果；刚性区采用纤维增强材料，通过实心及优化纤维铺层角度从而增加螺旋桨的弯曲刚度、减小扭转刚度，最终实现降低螺旋桨在伴流场中桨叶表面压力脉动产生的非定常力从而增强减振降噪效果，同时提高螺旋桨的推进效率。
[0017]2、本专利技术低噪声复合材料螺旋桨桨叶在提高复合材料螺旋桨在中高频段下减振降噪效果和推进效率的基础上，简化了桨叶的结构与工艺，更利于推广应用。
[0018]3、柔性区与刚性区在满足表面共形值的前提下，通过沟槽及胶合相配合的方式固定连接，这样的连接方式在工艺上操作简单，并且具有较高的可靠性和安全性。
附图说明
[0019]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0020]图1是本专利技术低噪声复合材料螺旋桨桨叶的主视图；
[0021]图2是图1所示低噪声复合材料螺旋桨桨叶沿A
‑
A方向的局部剖视图。
[0022]图中：1、柔性区；2、刚性区；3、沟槽。
具体实施方式
[0023]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0024]如图1所示，为本专利技术实施例提供的一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶，包括柔性区1和刚性区2，柔性区1采用高阻尼粘弹性材料，刚性区2采用纤维增强材料。柔性区1在螺旋桨弦向的边界从随边起，向导边延伸一定弧长，柔性区1在螺旋桨径向具备一定宽度d；刚性区2为除去柔性区1以外的区域，且刚性区2与柔性区1表面共形值从而形成光顺的桨叶表面。上述复合材料螺旋桨桨叶的结构中，柔性区1的作用是减小桨叶表面压力脉动，可大幅改善减振降噪的效果。刚性区2的作用是提高螺旋桨的弯曲刚度、增加螺旋桨的推进效率。
[0025]如图2所示，柔性区1与刚性区2的连接方式为：刚性区2在桨叶的叶面与叶背表面均开设沟槽3，柔性区1的材料自桨叶表面延伸至沟槽3内，且柔性区1与刚性区2的连接面胶合连接。本实施例中，叶面与叶背表面的沟槽3呈对称的C型。
[0026]进一步优化，柔性区1靠近和远离螺旋桨叶根部分的两处弧长边界均占各自所在位置螺旋桨半径处的总弧长的1/3～1/2。
[0027]进一步优化，柔性区1靠近桨叶根部的弧形边界与远离桨叶根部的弧形边界之间采用圆弧边界过渡连接，减小应力集中。
[0028]进一步优化，柔性区1在螺旋桨径向的宽度d在0
‑
R/2区间内依据声学性能和强度性能要求确定，声学性能要求越高，d取值越大，强度性能要求越高，d取值越小；其中，R为螺旋桨半径。
[0029]进一步优化，柔性区1靠近桨叶根部的弧形边界距桨叶根部的距离a在0
‑
R/5区间内依据成型工艺及强度要求确定，成型工艺方便考虑施工空间的方便性，在此基础上，强度要求越高，a取值越大；其中，R为螺旋桨半径。
[0030]进一步优化，刚性区2采用单向弹性模量大于120GPa的高模量纤维材料。
[0031]进一步优化，刚性区2采用单向纤维布铺层而成，铺层方向以纤维布的L向与螺旋桨的0
°
方向呈30至45度夹角为主，该类纤维铺层层数占所在区域厚度上总铺层层数的90％以上，其余铺层以0
°
和90
°
为主。
[0032]进一步优化，柔性区1采用阻尼损耗因子大于0.3、失效应变大于1.0的高阻尼粘弹性材料。如丁腈橡胶等。
[0033]本专利技术柔性区1的上述设计有助于释放螺旋桨随边在轴向上的自由度，起到降低螺旋桨在伴流场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低噪声复合材料螺旋桨桨叶，其特征在于，所述桨叶包括柔性区和刚性区，所述柔性区采用高阻尼粘弹性材料，所述刚性区采用纤维增强材料；所述柔性区在螺旋桨弦向的边界从随边起，向导边延伸一定弧长，柔性区在螺旋桨径向具备一定宽度d；所述刚性区为除去柔性区以外的区域，且刚性区与柔性区表面共形值从而形成光顺的桨叶表面。2.根据权利要求1所述的低噪声复合材料螺旋桨桨叶，其特征在于，所述柔性区与刚性区的连接方式为：刚性区在桨叶的叶面与叶背表面均开设沟槽，所述柔性区的材料延伸至沟槽内，且柔性区与刚性区胶合连接。3.根据权利要求2所述的低噪声复合材料螺旋桨桨叶，其特征在于，叶面与叶背表面的沟槽呈对称的C型。4.根据权利要求2所述的低噪声复合材料螺旋桨桨叶，其特征在于，所述柔性区靠近桨叶根部的弧形边界与远离桨叶根部的弧形边界之间采用圆弧边界过渡连接。5.根据权利要求1所述的低噪声复合材料螺旋桨桨叶，其特征在于，所述柔性区靠近和远离螺旋桨叶根部分的两处弧长边界均占各自所在位置螺旋桨半径处的总弧长的1/3～1/2。6.根据权利要求1所述的低噪声复合材料螺旋桨桨叶，其特征在于，所述柔性区在螺旋桨径向的宽度d在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡浩中，巩华帅，梅志远，黄政，李华东，陈国涛，张焱冰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：