CN112434433A - 一种飞行器螺旋桨设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种飞行器螺旋桨设计方法，解决了现有的飞行器螺旋桨设计方法设计周期长，研制成本高，不利于飞行器螺旋桨的设计的问题，本发明通过逆向设计进行了全面的分析与介绍，并通过一个实例演示了航空螺旋桨的逆向设计的完整过程，采用逆向设计的方法，在保证性能及使用要求的前提下，大大缩短了螺旋桨的设计开发周期，对飞行器螺旋桨的设计具有很好的参考意义。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋桨，具体为一种飞行器螺旋桨设计方法。
背景技术
飞行器螺旋桨作为固定翼飞行器的重要动力来源，对飞行器的功率利用率，飞行性能等有着重要影响，传统螺旋桨设计以螺旋桨的空气动力学特性为关注焦点，在综合考虑螺旋桨的拉力尧功率和效率的前提下，确定螺旋桨的几何参数，包括螺旋桨的直径、桨叶数目、翼型、桨叶宽度、平面形状、桨叶厚度分布、螺距及安装角等。
现有的飞行器螺旋桨设计方法设计周期长，研制成本高，不利于飞行器螺旋桨的设计。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种飞行器螺旋桨设计方法，有效的解决了现有的飞行器螺旋桨设计方法设计周期长，研制成本高，不利于飞行器螺旋桨的设计的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明包括数字测量、数据处理、基于CATIA的三维模型重构和建模精度分析，所述数字测量：零件原型的数字测量，即点云数据的采集，是将模型曲面以空间点的形式离散化得到点云，以点云数据为基础进行曲面重建和模型评定，因此点云数据的采集精度就成为逆向设计的关键技术之一；
数据处理：数据处理在逆向设计中十分重要,其结果好坏关乎建模精度,点云数据处理一般包括奇异点排除及噪声滤波尧多视拼合尧数据精简等工作；
基于CATIA的三维模型重构：三维模型的曲面重建目的就是要恢复实物模型的曲面形状，并要求恢复的曲面形状能够尽可能地反映出原曲面所具有的形状特征，在获取了经过预处理的散乱数据后，三维模型的曲面重建工作是后续处理的关键步骤；
建模精度分析：由于点云数据采集尧整理及曲线曲面重构时会出现偏差和模型的失真，所以对重构后的模型进行建模精度分析并修改是必不可少的，利用CATIA软件自带的偏差分析功能，对重建后的螺旋桨进行了精度分析，由于对航空螺旋桨桨叶逆向设计的偏差要求及标准并没有明确规定，此处以螺旋桨桨叶重构模型对点云数据的法向偏差值作为评定依据，采用螺旋桨尺寸为850mm渊桨尖至旋转轴中心距离冤，设定主要工作面偏差值在-0.5mm至+0.5mm之间为可接受范围，而桨根及桨尖处对精度在原则上没有要求，对桨的主要工作面的精度分析，以及对桨根处所做的辅助性精度分析，桨的主要工作面仅在前缘和后缘个别点出现超差，放大超差点进行仔细观察，可以认为超差点是噪点，其他位置建模精度符合要求，桨根处精度偏差在-2mm至+2mm之间，可以接受。
根据上述技术方案：所述数字测量中常用的点云数据采集方法有三种：接触式三坐标测量机测量、线状激光束测量和光栅投影式测量。
根据上述技术方案：所述基于CATIA的三维模型重构其重构步骤为：1）点云分块：根据螺旋桨的设计规律，将螺旋桨桨叶划分为主要工作面，桨根及连接、桨尖三大部分，其中主要工作平面是螺旋桨的核心工作部分，桨根及连接用于桨叶与桨毂的安装并保证桨根强度，桨尖部分为非主要工作表面维形即可；
2）桨主要工作面构建：桨主要工作面的构建采用多截面曲面的方法进行构建，利用CATIA软件的DSE模块和QSR模块进行截面曲线的构建，并利用创成式外形设计模块进行曲面的构建；
3）将根曲面构建：桨根部分曲面构建与桨主要工作面的构造类似，但是因为此部分不是主要工作面，因此构建时可减少截面的选取，这很好的保证了曲面的光顺性；
4）桨尖构建：桨尖部分主要维持形状，类似主工作面构建过程，适当减少截面，并保证封闭即可；
5）曲面拼接及光顺性检验：将分块构建的曲面进行拼接以形成完整的螺旋桨桨叶外形，并保证生成的桨叶外形满足切线连续，在拼接前检验曲面间的连接性，保证曲面之间没有间隙，并且是切线连续的。
根据上述技术方案：所述接触式三坐标测量机测量方法具有测量精度较高，测量效率较低，由于测量时需接触被测件，易划伤零件表面，适用于进行点尧特征线尧孔等几何特征的测量。
根据上述技术方案：所述线状激光束测量方法投影周期性光栅至被测件表面，通过对光栅图像数据的处理解算，求出被测件表面的空间信息，其特点是可进行大面积测量尧测量速度快，但仅限于较平坦曲面的测量，曲率变化大的曲面测量精度将大大下降。
根据上述技术方案：所述光栅投影式测量测量时，投影光栅至被测零件表面，限定一个测量范围，利用光学扫描系统获取零件的表面数据，并用数码相机进行特征标志点的三维坐标位置的获取，该方法为非接触测量，不会被测零件表面产生影响，对结构复杂或尺寸较大的零件可以分块测量，测量速度快，点云密集袁精度高。
有益效果：本发明通过逆向设计进行了全面的分析与介绍，并通过一个实例演示了航空螺旋桨的逆向设计的完整过程，采用逆向设计的方法，在保证性能及使用要求的前提下，大大缩短了螺旋桨的设计开发周期，对飞行器螺旋桨的设计具有很好的参考意义。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
实施例，本发明提供一种飞行器螺旋桨设计方法，包括数字测量、数据处理、基于CATIA的三维模型重构和建模精度分析，所述数字测量：零件原型的数字测量，即点云数据的采集，是将模型曲面以空间点的形式离散化得到点云，以点云数据为基础进行曲面重建和模型评定，因此点云数据的采集精度就成为逆向设计的关键技术之一；
数据处理：数据处理在逆向设计中十分重要,其结果好坏关乎建模精度,点云数据处理一般包括奇异点排除及噪声滤波尧多视拼合尧数据精简等工作；
基于CATIA的三维模型重构：三维模型的曲面重建目的就是要恢复实物模型的曲面形状，并要求恢复的曲面形状能够尽可能地反映出原曲面所具有的形状特征，在获取了经过预处理的散乱数据后，三维模型的曲面重建工作是后续处理的关键步骤；
建模精度分析：由于点云数据采集尧整理及曲线曲面重构时会出现偏差和模型的失真，所以对重构后的模型进行建模精度分析并修改是必不可少的，利用CATIA软件自带的偏差分析功能，对重建后的螺旋桨进行了精度分析，由于对航空螺旋桨桨叶逆向设计的偏差要求及标准并没有明确规定，此处以螺旋桨桨叶重构模型对点云数据的法向偏差值作为评定依据，采用螺旋桨尺寸为850mm渊桨尖至旋转轴中心距离冤，设定主要工作面偏差值在-0.5mm至+0.5mm之间为可接受范围，而桨根及桨尖处对精度在原则上没有要求，对桨的主要工作面的精度分析，以及对桨根处所做的辅助性精度分析，桨的主要工作面仅在前缘和后缘个别点出现超差，放大超差点进行仔细观察，可以认为超差点是噪点，其他位置建模精度符合要求，桨根处精度偏差在-2mm至+2mm之间，可以接受。
所述数字测量中常用的点云数据采集方法有三种：接触式三坐标测量机测量、线状激光束测量和光栅投影式测量。
所述基于CATIA的三维模型重构其重构步骤为：1）点云分块：根据螺旋桨的设计规律，将螺旋桨桨叶划分为主要工作面，桨根及连接、桨尖三大部分，其中主要工作平面是螺旋桨的核心工作部分，桨根及连接用于桨叶与桨毂的安装并保证桨根强度，桨尖部分为非主要工作表面维形即可；
2）桨主要工作面构建：桨主要工作面的构建采用多截面曲面的方法进行构建，利用CATIA软件的DSE模块和QSR模块进行截面曲线的构建，并利用创成式外形设计模块进行曲面的构建；
3）将根曲面构建：桨根部分曲面构建与桨主要工作面的构造类似，但是因为此部分不是主要工作面，因此构建时可减少截面的选取，这很好的保证了曲面的光顺性；
4）桨尖构建：桨尖部分主要维持形状，类似主工作面构建过程，适当减少截面，并保证封闭即可；
5）曲面拼接及光顺性检验：将分块构建的曲面进行拼接以形成完整的螺旋桨桨叶外形，并保证生成的桨叶外形满足切线连续，在拼接前检验曲面间的连接性，保证曲面之间没有间隙，并且是切线连续的。
所述接触式三坐标测量机测量方法具有测量精度较高，测量效率较低，由于测量时需接触被测件，易划伤零件表面，适用于进行点尧特征线尧孔等几何特征的测量。
所述线状激光束测量方法投影周期性光栅至被测件表面，通过对光栅图像数据的处理解算，求出被测件表面的空间信息，其特点是可进行大面积测量尧测量速度快，但仅限于较平坦曲面的测量，曲率变化大的曲面测量精度将大大下降。
所述光栅投影式测量测量时，投影光栅至被测零件表面，限定一个测量范围，利用光学扫描系统获取零件的表面数据，并用数码相机进行特征标志点的三维坐标位置的获取，该方法为非接触测量，不会被测零件表面产生影响，对结构复杂或尺寸较大的零件可以分块测量，测量速度快，点云密集袁精度高。
有益效果：本发明通过逆向设计进行了全面的分析与介绍，并通过一个实例演示了航空螺旋桨的逆向设计的完整过程，采用逆向设计的方法，在保证性能及使用要求的前提下，大大缩短了螺旋桨的设计开发周期，对飞行器螺旋桨的设计具有很好的参考意义。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种飞行器螺旋桨设计方法，包括数字测量、数据处理、基于CATIA的三维模型重构和建模精度分析，其特征在于：所述数字测量：零件原型的数字测量，即点云数据的采集，是将模型曲面以空间点的形式离散化得到点云，以点云数据为基础进行曲面重建和模型评定，因此点云数据的采集精度就成为逆向设计的关键技术之一；
数据处理：数据处理在逆向设计中十分重要,其结果好坏关乎建模精度,点云数据处理一般包括奇异点排除及噪声滤波尧多视拼合尧数据精简等工作；
基于CATIA的三维模型重构：三维模型的曲面重建目的就是要恢复实物模型的曲面形状，并要求恢复的曲面形状能够尽可能地反映出原曲面所具有的形状特征，在获取了经过预处理的散乱数据后，三维模型的曲面重建工作是后续处理的关键步骤；
建模精度分析：由于点云数据采集尧整理及曲线曲面重构时会出现偏差和模型的失真，所以对重构后的模型进行建模精度分析并修改是必不可少的，利用CATIA软件自带的偏差分析功能，对重建后的螺旋桨进行了精度分析，由于对航空螺旋桨桨叶逆向设计的偏差要求及标准并没有明确规定，此处以螺旋桨桨叶重构模型对点云数据的法向偏差值作为评定依据，采用螺旋桨尺寸为850mm渊桨尖至旋转轴中心距离冤，设定主要工作面偏差值在-0.5mm至+0.5mm之间为可接受范围，而桨根及桨尖处对精度在原则上没有要求，对桨的主要工作面的精度分析，以及对桨根处所做的辅助性精度分析，桨的主要工作面仅在前缘和后缘个别点出现超差，放大超差点进行仔细观察，可以认为超差点是噪点，其他位置建模精度符合要求，桨根处精度偏差在-2mm至+2mm之间，可以接受。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器螺旋桨设计方法，其特征在于，所述数字测量中常用的点云数据采集方法有三种：接触式三坐标测量机测量、线状激光束测量和光栅投影式测量。
3.根据权利要求1所述的一种飞行器螺旋桨设计方法，其特征在于，所述基于CATIA的三维模型重构其重构步骤为：1）点云分块：根据螺旋桨的设计规律，将螺旋桨桨叶划分为主要工作面，桨根及连接、桨尖三大部分，其中主要工作平面是螺旋桨的核心工作部分，桨根及连接用于桨叶与桨毂的安装并保证桨根强度，桨尖部分为非主要工作表面维形即可；
2）桨主要工作面构建：桨主要工作面的构建采用多截面曲面的方法进行构建，利用CATIA软件的DSE模块和QSR模块进行截面曲线的构建，并利用创成式外形设计模块进行曲面的构建；
3）将根曲面构建：桨根部分曲面构建与桨主要工作面的构造类似，但是因为此部分不是主要工作面，因此构建时可减少截面的选取，这很好的保证了曲面的光顺性；
4）桨尖构建：桨尖部分主要维持形状，类似主工作面构建过程，适当减少截面，并保证封闭即可；
5）曲面拼接及光顺性检验：将分块构建的曲面进行拼接以形成完整的螺旋桨桨叶外形，并保证生成的桨叶外形满足切线连续，在拼接前检验曲面间的连接性，保证曲面之间没有间隙，并且是切线连续的。
4.根据权利要求2所述的一种飞行器螺旋桨设计方法，其特征在于，所述接触式三坐标测量机测量方法具有测量精度较高，测量效率较低，由于测量时需接触被测件，易划伤零件表面，适用于进行点尧特征线尧孔等几何特征的测量。
5.根据权利要求2所述的一种飞行器螺旋桨设计方法，其特征在于，所述线状激光束测量方法投影周期性光栅至被测件表面，通过对光栅图像数据的处理解算，求出被测件表面的空间信息，其特点是可进行大面积测量尧测量速度快，但仅限于较平坦曲面的测量，曲率变化大的曲面测量精度将大大下降。
6.根据权利要求2所述的一种飞行器螺旋桨设计方法，其特征在于，所述光栅投影式测量测量时，投影光栅至被测零件表面，限定一个测量范围，利用光学扫描系统获取零件的表面数据，并用数码相机进行特征标志点的三维坐标位置的获取，该方法为非接触测量，不会被测零件表面产生影响，对结构复杂或尺寸较大的零件可以分块测量，测量速度快，点云密集袁精度高。
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| CN202011369615.3A CN112434433A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种飞行器螺旋桨设计方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113806892A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-12-17 | 江苏食品药品职业技术学院 | 一种基于逆向工程的螺旋桨数字化设计加工方法 |
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2020
- 2020-11-30 CN CN202011369615.3A patent/CN112434433A/zh not_active Withdrawn
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