用于对非流线型的螺旋桨叶片进行建模的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种计算机辅助设计。
[0002] 更具体地，本发明涉及用于对螺旋桨叶片进行建模的方法。
【背景技术】
[0003] 具有"非流线形"风扇的发动机(或者，"桨扇"类型或"开式转子"类型的涡轮螺旋 桨发动机)是一类其风扇被附接在壳体外的发动机，其与传统的涡轮发动机(涡轮风扇式） 不同，在传统的涡轮发动机中，风扇是流线型的。
[0004] 图1中示出的"反向旋转开式转子"（Contra-Rotating Open Rotor，CR0R)已经众 所周知，其装备有两个沿相反的方向旋转的螺旋桨。由于其具有特别高的推进力产出，因此 人们对其非常感兴趣。
[0005] 因此，这种类型的发动机的目的在于通过将其燃料消耗量保持为与涡轮螺旋桨发 动机的燃料消耗量相近来保持涡轮发动机的速度和性能。由于风扇不再是流线型的事实， 它实际上可能会增大直径和用于推力的有用的空气流量。
[0006] 然而，流线型的缺乏会引起针对遵守技术规范的问题，尤其是在声学方面，这是因 为这种类型的发动机产生比传统发动机更多的噪音。实际上，在每个螺旋桨叶片上产生的 牵引力取决于存在于螺旋桨的范围上的环流分布（circulation distribution)。并且，该 环流自然地在叶片头部处脱离(而不是通过壳体被引导），产生了所谓的"边缘"涡旋。
[0007] 这种上游叶片头部边缘涡流在下游螺旋桨的旋转表面上的相互作用在声学方面 构成了真正的挑战，直到达到产生的强噪声不会被任何壳体所封阻的程度。
[0008] 目前的标准将最大噪声阈值强加在靠近地面的区域中（即，在起飞和进场着陆期 间），这是不可能目前的几何结构所不能实现的。
[0009] 改进这些几何结构将是所期望的，特别是改进叶片头部处的几何结构，以便减少 产生的噪声，而不显著地影响发动机的效率或其燃料消耗。
[0010]针对这方面，许多对叶片和其他航空部件进行建模的计算机工具是已知的，其通 过自动优化它们的一些特征而能够对这些部件的设计进行辅助。原理是在给定的环境中通 过执行大量的模拟计算来确定叶片规律的空气动力学的几何最优条件，换句话说，用一条 或多条曲线描述物理量(如产量、压力上升、流率容量或栗送余量)沿叶片的截面或高度的 值。
[0011]然而，如今与用于设计非流线型螺旋桨的方法相同的方法被使用于设计流线型风 扇，即，二维轮廓的建模，二维轮廓随后在气流线（current 1 ines)上缠绕（同时观察轮廓的 角度），并根据所选择的以及优化的叠加法则进行叠加。
[0012] 这种解决方案被证明适于非流线型螺旋桨的很多物理量，但它仍然难以得到对噪 音水平的显着改进。
[0013] 替代性地，能够使用网格变形算法。由于这种方法在表面洁净度和设计简化方面 提供了很大的优势，因此它们仍是所关注的。但是至今为止，它们在能够被使用在工业设计 中之前仍需要进行大量的开发工作。
[0014] 于是，理想的是找到一种用于对非流线型的螺旋桨进行建模的创新方法，该方法 能够使流体声学性能得到实质性改进，同时在计算机资源的使用方面具有经济性。
【发明内容】
[0015] 根据本发明的第一方面，提出一种对非流线型螺旋桨的叶片的至少一个部段进行 建模的方法，叶片部段具有偏移，所述方法的特征在于，包括:使用设备的数据处理装置实 施以下步骤：
[0016] (a)根据沿叶片中的给定高度处的截面的位置，将至少一条贝塞尔曲线参数化，所 述贝塞尔曲线表示所述叶片的表征偏移的变形，该曲线由以下因素限定：
[0017] a.限定叶片的所述截面的范围的第一端部控制点和第二端部控制点；
[0018] b.定位在端点之间的至少一个中间控制点，
[0019] 根据至少一个变形参数和叶片中的截面的所述高度来执行的参数化，表示为中间 控制点的横坐标和第二端点的纵坐标的函数；
[0020] (b)确定变形参数的优化值；
[0021] (c)将由此确定的值输出到所述设备的界面。
[0022] 根据其他有利地并非限制性的特征：
[0023] ?变形参数是变形开始时的相对高度ho和叶片的端部处的最大偏移dmax，至少一 条参数化的贝塞尔曲线与叶片中的截面的相对高度h相关联，he [ho, 1];
[0026] ?1(2 4，，中间控制点/60，-2]|为可动点，其横坐标取决于叶片中的所述截面 的高度，K_2th中间控制点被固定；
[0027] ·Κ-3个可动中间控制点的横坐标Xi 给出，χκ-1为固 定中间控制点(PCUk-Ο的横坐标；
[0028] #χκ-ι = 0.75；
[0029] ·Κ = 7，以便具有4个可动中间控制点；
[0030] ?第一端部控制点的纵坐标和每个中间控制点的纵坐标等于零；
[0031] ?贝塞尔曲线在第一端部控制点处的导数为零；
[0032] ?对应于叶片中的不同高度处的截面的多条贝塞尔曲线在步骤(a)中被参数化；
[0033] ?在步骤(b)中确定的优化值是变形参数的值，对于所述优化值，叶片产生的边缘 涡流的强度最小。
[0034] 根据第二方面和第三方面，本发明涉及一种用于制造非流线型螺旋桨的叶片的方 法，叶片具有偏移，所述方法包括以下步骤：
[0035] -执行根据第一方面的方法，以对叶片的至少一个部段进行建模；
[0036] -根据所获得的叶片的至少一个部段的建模制造所述叶片；
[0037] 以及提出包括多个通过根据第二方面的方法获得的叶片的非流线型螺旋桨。
[0038] 根据第四方面，本发明涉及一种对非流线型螺旋桨的叶片的至少一个部段进行建 模的建模设备，叶片部段具有偏移，其特征在于:所述设备包括数据处理装置，所述数据处 理装置配置成实现：
[0039] -用于根据沿所述叶片中的给定高度处的截面的位置对至少一条贝塞尔曲线进行 参数化的模块，所述贝塞尔曲线表示所述叶片的表征所述偏移的变形，该模块通过以下因 素限定所述曲线：
[0040 ] a.限定出叶片的所述截面的范围的第一端部控制点和第二端部控制点；
[0041]
[0042] b.定位在端点之间的至少一个中间控制点，
[0043] 将根据至少一个变形参数和叶片中的截面的所述高度来执行的参数化，表示为中 间控制点的横坐标和第二端点的纵坐标的函数；
[0044] -用于确定所述至少一个变形参数的优化值的模块；
[0045]-用于将所确定的值输出到所述设备的界面的模块。
[0046]根据第五和第六方面，本发明分别涉及一种计算机程序产品和一种存储装置，计 算机程序产品包括代码指令，所述代码指令用于执行根据本发明的第一方面的用于对非流 线型螺旋桨的叶片的至少一个部段进行建模的方法;存储装置可由计算机设备读取，存储 装置上具有计算机程序产品，计算机程序产品包括代码指令，所述代码指令用于执行根据 本发明的第一方面的用于非流线型螺旋桨的叶片的至少一个部段进行建模的方法。
【附图说明】
[0047] 通过阅读优选实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显。本说明书将 参考附图来给出，其中：
[0048] 图1示出了先前所述的叶片上的反向旋转开式转子的示例，根据本发明的方法被 应用于该叶片；
[0049]图2a至图2b是这种转子的非流线型螺旋桨的叶片的端部的两个视图；
[0050]图3示出了用于实现