CN116186913A - 一种全参数化泵喷推进器设计方法 - Google Patents

一种全参数化泵喷推进器设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116186913A
CN116186913A CN202211552013.0A CN202211552013A CN116186913A CN 116186913 A CN116186913 A CN 116186913A CN 202211552013 A CN202211552013 A CN 202211552013A CN 116186913 A CN116186913 A CN 116186913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
airfoil
rotor
stator
model
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211552013.0A
Other languages
English (en)
Inventor
卢雨
吴春晓
顾朱浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Maritime University
Original Assignee
Dalian Maritime University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Maritime University filed Critical Dalian Maritime University
Priority to CN202211552013.0A priority Critical patent/CN116186913A/zh
Publication of CN116186913A publication Critical patent/CN116186913A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明提供一种全参数化泵喷推进器设计方法，具体包括以下步骤：S1：确定定子翼型、转子翼型和导管翼型的特征参数：弦长、最大拱度、最大厚度、导缘半径和尾缘半径；转子翼型不同径向下的翼型剖面对应的纵倾、侧斜和螺距；定子的旋转角度；转子与定子的相对距离；S2：建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型；S3：利用三维建模软件，建立转子模型，包括，根据F‑spline曲线拟合原理对转子翼型原始参数曲线进行曲线拟合得到相应的转子翼型拟合参数曲线，根据转子翼型拟合参数曲线通过积分的方法得到转子翼型曲面模型；S4：建立定子模型和导管模型。本发明解决了现有的螺旋桨建模的方法无法实现参数的灵活控制的问题。

Description

一种全参数化泵喷推进器设计方法
技术领域
本发明涉及船舶推进技术领域，具体而言，尤其涉及一种全参数化泵喷推进器设计方法。
背景技术
目前提出的关于螺旋桨建模的方法，通常需要手动建立三维实体螺旋桨模型，例如，张宏伟等人提出了螺旋桨型值点坐标计算程序设计方法，通过ProE软件将数据文件手动导入进行实体建模，但未进行型值点导入软件后的快速建模方法研究；吴利红等人利用MATLAB计算螺旋桨桨叶空间坐标点，通过ProE一次性读入空间坐标点，但需手动建立三维实体螺旋桨；柳堪乐等人使用PropCAD和犀牛软件相结合对螺旋桨快速方法进行了研究，但最终仍需手动完成螺旋桨三维模型的建立。
泵喷推进器是一种部件组合推进器，由转子，定子和导管组成，手动建立三维模型的方法很难达到对泵喷推进器导管形状、定子形状，定子旋转角度、定子与转子的相对距离以及转子形状的灵活控制，因此也无法建立泵喷推进器几何特征与泵喷推进器性能之间的关系。
发明内容
针对现有螺旋桨建模方法存在的技术问题，而提供一种全参数化泵喷推进器设计方法，通过全参数化泵喷推进器模型的建立，能够在研究泵喷推进器几何特征与泵喷推进器性能之间的关系时灵活控制泵喷推进器模型，满足足够的优化设计样本空间，保证了泵喷推进器性能预报及优化的高效性，完善了泵喷推进器性能优化体系。
本发明采用的技术手段如下：
一种全参数化泵喷推进器设计方法，具体包括以下步骤：
S1：根据需要选择泵喷推进器的定子翼型、转子翼型和导管翼型，并确定以下参数：
根据定子翼型、转子翼型和导管翼型在不同径向下的翼型剖面的拱度分布线和厚度分布线，确定翼型剖面的特征参数：弦长、最大拱度、最大厚度、导缘半径和尾缘半径；
转子翼型不同径向下的翼型剖面对应的纵倾、侧斜和螺距；
定子的旋转角度；
转子与定子的相对距离；
S2：利用三维建模软件，建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型
根据拱度分布线、厚度分布线和特征参数，采用特征参数描述法分别建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型；
S3：利用三维建模软件，建立转子模型
根据转子翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的弦长、最大拱度、最大厚度、纵倾、侧斜和螺距，得到转子翼型原始参数曲线：最大弦长曲线、最大厚度曲线、最大拱度曲线、螺距曲线、纵倾曲线和侧斜曲线；
根据F-spline曲线拟合原理对每一条转子翼型原始参数曲线进行曲线拟合得到相应的转子翼型拟合参数曲线，在曲线拟合过程中，保证最终的转子翼型拟合参数曲线与转子翼型原始参数曲线的拟合点方差最小，根据转子翼型拟合参数曲线通过积分的方法得到转子翼型曲面模型；
在三维建模软件中，通过布尔运算将转子翼型曲面模型与构建的桨毂模型相连接构成闭合的转子模型；
S4：根据定子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的特征参数，利用三维建模软件，建立定子模型和导管模型，并根据步骤S1确定的定子的旋转角度以及转子与定子的相对距离将定子模型、导管模型和转子模型相连接形成完整的泵喷推进器模型。
进一步地，转子模型包括若干转子翼型曲面模型，其他转子翼型曲面模型通过在三维建模软件中对一个转子翼型曲面模型进行复制旋转得到。
进一步地，采用的三维建模软件为CAESES。
进一步地，还包括步骤S5：通过在三维建模软件中调节定子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的特征参数，转子翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的弦长、最大拱度、最大厚度、导缘半径、尾缘半径、纵倾、侧斜和螺距，以及定子的旋转角度以及转子与定子的相对距离实现对泵喷推进器模型的参数化控制。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的全参数化泵喷推进器设计方法，利用全参数化建模的方式建立泵喷推进器，能够达到对导管形状、定子形状、定子旋转角度、定子与转子的相对距离以及转子形状的灵活控制，建立一种特征参数表达实体模型外形的方法，将实体模型几何信息转化为特征参数，通过定义特征参数，能够实现对实体模型的精确表达；通过改变特征参数，能够实现对实体模型的改变，从而可以用于对泵喷推进器性能进行优化；实现泵喷推进器的参数化建模可以更好地建立泵喷推进器几何特征与泵喷推进器性能之间的关系。
基于上述理由本发明可在船舶推进领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述泵喷推进器定子翼型、转子翼型以及导管翼型的翼型剖面示意图。
图2为本发明所述全参数化泵喷推进器设计方法中转子翼型参数曲线与转子模型的映射关系。
图3为采用本发明所述全参数化泵喷推进器设计方法得到的泵喷推进器模型示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-3所示，由于翼型性能决定了泵喷推进器整体性能，而翼剖面外形直接影响翼剖面水动力性能，因此需要采用合适的翼剖面参数化方法表达连续光滑的翼剖面几何外形，本发明提供了一种全参数化泵喷推进器设计方法，具体包括以下步骤：
S1：根据需要选择泵喷推进器的定子翼型、转子翼型和导管翼型，并确定以下参数：
根据定子翼型、转子翼型和导管翼型在不同径向下的翼型剖面的拱度分布线和厚度分布线，确定翼型剖面的特征参数：弦长(chord)、最大拱度(max camber)、最大厚度(maxthickness)、导缘半径(leading edge radius)和尾缘半径(trailing edge radius)；
如图1所示，通过参数化建模的方式，达到灵活控制翼型外形，将实体模型几何信息转化为特征参数，通过定义特征参数，能够实现对实体模型的精确表达，通过改变特征参数，能够实现对实体模型的改变；
如图1所示，翼剖面上最前面的点称为导缘点，而最后一点称为尾缘点，导缘点与尾缘点之间的距离为弦长(chord)，翼型上表面流速较快(吸力面)，下表面流速较慢(压力面)，将尾缘尖点作为圆心，从尾缘向导缘方向作圆与压力面吸力面相切，将所有圆圆心连接，构成翼剖面拱度分布线，中线至内弦距离的最大值称为最大拱度(max camber)，吸力面与压力面之间的最大距离为最大厚度(max thickness)，不同的导缘与尾缘形状对翼型的性能会造成不同的改变，而且要保证尾缘的厚度满足设计要求，因此设定导缘半径(leading edge radius)与尾缘半径(trailing edge radius)作为特征参数控制导缘与尾缘的形状，能够使翼型形状的变化有较好的灵活性；
转子翼型不同径向下的翼型剖面对应的纵倾(rake)、侧斜(skew)和螺距(pitch)
定子的旋转角度(angle)；
转子与定子的相对距离(length)；
S2：利用三维建模软件，建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型
根据拱度分布线、厚度分布线和特征参数，采用特征参数描述法分别建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型；
S3：利用三维建模软件，建立转子模型
根据转子翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的弦长、最大拱度、最大厚度、纵倾、侧斜和螺距，得到转子翼型原始参数曲线：最大弦长曲线、最大厚度曲线、最大拱度曲线、螺距曲线、纵倾曲线和侧斜曲线；
弦长曲线、最大厚度曲线和最大拱度曲线可以表达转子翼型的形状，纵倾曲线、侧斜曲线和螺距曲线可以表达转子翼型在周向、轴向和径向各翼型剖面的分布；
根据F-spline曲线拟合原理对每一条转子翼型原始参数曲线进行曲线拟合得到相应的转子翼型拟合参数曲线，在曲线拟合过程中，保证最终的转子翼型拟合参数曲线与转子翼型原始参数曲线的拟合点方差最小，根据转子翼型拟合参数曲线通过积分的方法得到转子翼型曲面模型；
本发明利用较少的控制变量准确拟合曲线以及拟合点方差最小的思想，大大降低了拟合参数曲线与原始参数曲线之间的误差；使用F-Spline曲线表达螺旋桨叶片参数的特征参数，可以很明显的表达出螺旋桨弦长、厚度、拱度、纵倾、侧斜、螺距参数的分布情况，同时在改变参数后生成较光顺的分布曲线，采用这种方式生成的转子翼型曲面模型可以维持很好的光顺性；
在三维建模软件中，通过布尔运算将转子翼型曲面模型与构建的桨毂模型相连接构成闭合的转子模型；
S4：根据定子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的特征参数，利用三维建模软件，建立定子模型和导管模型，并根据步骤S1确定的定子的旋转角度以及转子与定子的相对距离将定子模型、导管模型和转子模型相连接形成完整的泵喷推进器模型；定子叶片在泵喷推进器中主要起到的是整流作用，在一定程度上减少经转子加速且旋转过的流体的能量损失，即吸收一部分转子出口处流体的旋转动能将其转化为压能，在一定程度上能够产生推力、减少噪声。
进一步地，转子模型包括若干转子翼型曲面模型，其他转子翼型曲面模型通过在三维建模软件中对一个转子翼型曲面模型进行复制旋转得到。
进一步地，采用的三维建模软件为CAESES。
进一步地，还包括步骤S5：通过在三维建模软件中调节定子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的特征参数，转子翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的弦长、最大拱度、最大厚度、导缘半径、尾缘半径、纵倾、侧斜和螺距，以及定子的旋转角度以及转子与定子的相对距离实现对泵喷推进器模型的参数化控制；具体的，通过改变各项参数，能够实现对翼型形状的改变，进而实现对泵喷推进器的参数化控制。
进一步地，F-spline曲线拟合具体包括以下步骤：
S31：针对某一条转子翼型原始参数曲线，选取首、尾两个点作为拟合曲线的基准点，首部点代表第一条F-spline曲线的起点，尾部点代表第二条F-spline曲线的终点；
S32：从转子翼型原始参数曲线上由首部点至尾部点截取n个拟合点对转子翼型原始参数曲线进行拟合，针对所截取的每个点，均可作为第一条F-spline曲线的终点以及第二条F-spline曲线的起点，每个点所对应的的两条F-spline曲线拟合为一条中间拟合曲线，最终得到n条中间拟合曲线；
S33：从每一条中间拟合曲线上截取n个拟合点与从转子翼型原始参数曲线上截取的n个拟合点计算方差，取方差最小的中间拟合曲线作为最终的转子翼型拟合参数曲线，方差计算公式如下式所示：
s2＝[(x1-x)2+...(xn-x)2]/n
其中，s2表示方差，x1....xn代表每个拟合点的值，x表示x1....xn的平均值，n表示拟合点数量。
进一步地，步骤S32从转子翼型原始参数曲线上由首部点至尾部点截取了50个拟合点用于曲线拟合。
采用本发明提供的全参数化泵喷推进器设计方法得到的泵喷推进器模型，在对泵喷推进器性能优化时，可以利用三维建模软件，通过对参数的改变，改变泵喷推进器的三维模型，用于研究泵喷推进器的几何特征与性能之间的关系，例如对泵喷推进器水动力性能优化时，可以通过本发明提供的方法建立起足够的优化计算的样本空间。
本发明可以实现对泵喷推进器导管形状、定子形状、定子旋转角度、定子与转子的相对距离以及转子形状的灵活控制，实现泵喷推进器的参数化建模可以更好地建立泵喷推进器几何特征与泵喷推进器性能之间的关系，其灵活性保证了泵喷推进器性能预报及优化的高效性，完善了泵喷推进器性能优化体系。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种全参数化泵喷推进器设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：根据需要选择泵喷推进器的定子翼型、转子翼型和导管翼型，并确定以下参数：
根据定子翼型、转子翼型和导管翼型在不同径向下的翼型剖面的拱度分布线和厚度分布线，确定翼型剖面的特征参数：弦长、最大拱度、最大厚度、导缘半径和尾缘半径；
转子翼型不同径向下的翼型剖面对应的纵倾、侧斜和螺距；
定子的旋转角度；
转子与定子的相对距离；
S2：利用三维建模软件，建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型
根据拱度分布线、厚度分布线和特征参数，采用特征参数描述法分别建立定子翼型、转子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型；
S3：利用三维建模软件，建立转子模型
根据转子翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的弦长、最大拱度、最大厚度、纵倾、侧斜和螺距，得到转子翼型原始参数曲线：最大弦长曲线、最大厚度曲线、最大拱度曲线、螺距曲线、纵倾曲线和侧斜曲线；
根据F-spline曲线拟合原理对每一条转子翼型原始参数曲线进行曲线拟合得到相应的转子翼型拟合参数曲线，在曲线拟合过程中，保证最终的转子翼型拟合参数曲线与转子翼型原始参数曲线的拟合点方差最小，根据转子翼型拟合参数曲线通过积分的方法得到转子翼型曲面模型；
在三维建模软件中，通过布尔运算将转子翼型曲面模型与构建的桨毂模型相连接构成闭合的转子模型；
S4：根据定子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的特征参数，利用三维建模软件，建立定子模型和导管模型，并根据步骤S1确定的定子的旋转角度以及转子与定子的相对距离将定子模型、导管模型和转子模型相连接形成完整的泵喷推进器模型。
2.根据权利要求1所述的全参数化泵喷推进器设计方法，其特征在于，转子模型包括若干转子翼型曲面模型，其他转子翼型曲面模型通过在三维建模软件中对一个转子翼型曲面模型进行复制旋转得到。
3.根据权利要求1所述的全参数化泵喷推进器设计方法，其特征在于，采用的三维建模软件为CAESES。
4.根据权利要求1所述的全参数化泵喷推进器设计方法，其特征在于，还包括步骤S5：通过在三维建模软件中调节定子翼型和导管翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的特征参数，转子翼型不同径向下的翼型剖面模型对应的弦长、最大拱度、最大厚度、导缘半径、尾缘半径、纵倾、侧斜和螺距，以及定子的旋转角度以及转子与定子的相对距离实现对泵喷推进器模型的参数化控制。
CN202211552013.0A 2022-12-05 2022-12-05 一种全参数化泵喷推进器设计方法 Pending CN116186913A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211552013.0A CN116186913A (zh) 2022-12-05 2022-12-05 一种全参数化泵喷推进器设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211552013.0A CN116186913A (zh) 2022-12-05 2022-12-05 一种全参数化泵喷推进器设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116186913A true CN116186913A (zh) 2023-05-30

Family

ID=86447854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211552013.0A Pending CN116186913A (zh) 2022-12-05 2022-12-05 一种全参数化泵喷推进器设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116186913A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117429575A (zh) * 2023-12-19 2024-01-23 烟台哈尔滨工程大学研究院 一种全参数化轮缘推进器设计方法、设备及存储介质

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117429575A (zh) * 2023-12-19 2024-01-23 烟台哈尔滨工程大学研究院 一种全参数化轮缘推进器设计方法、设备及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102556344B (zh) 一种用于直升飞机反扭矩装置的桨叶
CN109779972B (zh) 一种兼顾低雷诺数工况性能的压气机二维叶型优化方法
CN114722518B (zh) 一种涡轮基本叶型参数化设计方法
CN116186913A (zh) 一种全参数化泵喷推进器设计方法
CN111120401A (zh) 一种基于naca翼型的多翼离心通风机叶片设计方法
CN111435399B (zh) 风扇组件的造型方法
CN104066976B (zh) 具有几何扫掠的风力涡轮机叶片
CN116167177A (zh) 一种全参数化大侧斜螺旋桨设计方法
CN116822417A (zh) 一种风力机叶片表面风压分析方法
CN112380648A (zh) 一种含叶尖小翼叶片的潮流能水轮机分析方法
CN109989876B (zh) 叶片及包括其的风力发电机组
CN108304606B (zh) 一种带有倒角结构的叶轮
CN109774962A (zh) 一种低噪声螺旋桨的外形设计方法
CN114417520B (zh) 一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计方法
CN112632703B (zh) 满足结构约束的机翼翼型前后缘变形外形参数化方法
RU2422670C1 (ru) Лопаточный аппарат рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины
CN114357602A (zh) 螺旋桨的设计方法、装置及设备
CN114861336A (zh) 一种全参数化螺旋桨模型构建方法
CN117429575A (zh) 一种全参数化轮缘推进器设计方法、设备及存储介质
CN106014853B (zh) 一种大型风力机叶片的厚翼型族
CN114320732A (zh) 叶片、设计方法及风力发电机组
JP6709741B2 (ja) ロータ
Lu et al. Parametric Modeling Method of Propeller and Reverse Output of 3D Model
RU2808523C1 (ru) Аэродинамический профиль несущего элемента летательного аппарата
RU2808865C1 (ru) Аэродинамический профиль несущего элемента летательного аппарата

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination