Инженерный проект “Гребной винт, выполненный из сверхлёгких композиционных материалов”
Автор: Шевчук Семен Артемович
Место работы/учебы: ГБОУ Школа №1532, г. Москва, 10 класс
Научный руководитель: Гладникова Ксения Владимировна, Учитель иностранного языка
Аннотация
Данный проект предназначен для внедрения новых технологий в судостроительную отрасль, поскольку материал – углепластик, из которого предлагается изготовить данный продукт, позволит увеличить его прочность по сравнению с металлическим, а также снизить массу готовой детали более чем в 4 раза в случае использования стали и в 1,5-2 раза по сравнению с алюминиевым вариантом.
Целью данного проекта была поставлена разработка опытного образца судового гребного винта, выполненного из композиционных материалов.
Для достижения поставленной цели был выделен ряд задач:
- изучить конструкцию гребного винта;
- провести анализ существующих гребных винтов, имеющих в своем составе лопасти из композиционных материалов;
- создать трехмерную модель гребного винта, планируемого к изготовлению;
- разработать технологию производства прототипа гребного винта из углепластика;
- создать трехмерные модели необходимых оснасток;
- изготовить необходимые оснастки;
- создать прототип гребного винта с использованием композиционных материалов;
- проанализировать полученный результат, сделать выводы.
Также планируется разработать технологию изготовления данного винта единой деталью из лопастей со ступицей, что положительно сыграет на скорости производства готового изделия, прочности, а также точности позиционирования лопастей, относительно оси вращения. Для этого планируется объединить сразу три технологии в одном производственном цикле: препрег, прессование и термокомпрессионное формование.
Результаты
В результате комплекса проделанной работы был получен прототип судового гребного винта из углепластика. Такой винт обладает меньшей до 45% массой, чем алюминиевый аналог, и может весить до четырех раз ниже, чем винт из стали.
Винт является ротором, и снижение массы прямо влияет на его момент инерции, соответственно, необходимо меньше энергии для разгона и поддержания постоянных оборотов вращения винта. Кроме того, вал, на который устанавливается винт также может быть уменьшен в диаметре, что тоже приводит к уменьшению момента инерции ротора конструкции. Из этого следует, что подобное решение позволит значительно экономить топливо и повышать эффективность работы силовой установки.
Помимо экономии топлива, появляется фактор контролируемого разрушения гребного винта при непредвиденном столкновении с препятствием. В случае металлического винта удар распределяется на все детали привода, и пострадать может любой узел или совокупность узлов конструкции, что приводит к долгому поиску неисправности и дорогостоящему ремонту. В случае композитного винта, он разрушается при ударе о скалистую поверхность или металлические предметы под водой, что сохраняет детали привода в целости, а замена винта не доставит неудобств, поскольку все посадочные поверхности остаются без повреждений. Помимо сказанного, разработанная технология является уникальной, поскольку позволяет изготовить гребной винт из лопастей и ступицы в виде единой детали, что положительно скажется на его себестоимости. Она объединила в себе три разных технологии: препрег, прессование и термокомпрессионное формование. Применение полимерных композиционных материалов требует меньше энергетических затрат по сравнению со штамповкой и литьем металлов, поскольку энергия, затрачиваемая на отверждение композита гораздо ниже, чем энергия, затрачиваемая на плавление металла и последующую механическую обработку детали.
При массовом производстве рекомендуется использовать оснастку из алюминия или стали для изготовления подобных гребных винтов, поскольку металлы обладают гораздо более высокой теплопроводностью и стабильностью формы, чем МДФ. Поверхность изделия, получаемого с использованием данной технологии, не имеет дефектов, а точность центровки ступицы сохраняется за счет совмещения двух оснасток.
Содержание работы
Автор предпочел не показывать работу на сайте.
Дата публикации работы: 31.08.2022
Один комментарий на ««Инженерный проект “Гребной винт, выполненный из сверхлёгких композиционных материалов”»»
-
Инженерный проект “Гребной винт, выполненный из сверхлёгких композиционных материалов” принимает участие в конкурсе “NEW PROJECT” 22/23. Данный проект предназначен для внедрения новых технологий в судостроительную отрасль. Автором предлагается разработка опытного образца судового гребного винта, выполненного из композиционных материалов и объединить сразу три технологии в одном производственном цикле: препрег, прессование и термокомпрессионное формование. В результате был получен образец судового гребного винта из углепластика. Разработанная технология является уникальной, поскольку позволяет изготовить легкий гребной винт из лопастей и ступицы в виде единой детали, что положительно скажется на его себестоимости. Добивайтесь практического применения проекта. Удачи!
Добавить комментарий