用于对非流线型的螺旋桨叶片进行建模的方法_3

文档序号:9713575阅读:来源:国知局
用位于这两个端点?(^ 1和?(^1(之间的至少一个中间用户控制点PCUi,
[0082] 然而,第二端点PCUk在这里是主要的可动点。具体地,至少一个中间控制点PCUi的 横坐标(或甚至,如同将在稍后看到,只有一个中间控制点的横坐标)和第二端点PCUk的纵 坐标取决于叶片2中的截面的所述高度和至少一个变形参数。换句话说,参数化是根据该变 形参数以及叶片2中的截面的高度来执行。
[0083] 理念是:根据截面在叶片2中的高度以及(多个)变形参数,在多个截面上以坐标 (coordinated)的方式在叶片头部2处连续地调整脊部(变形"传播")。换句话说,多条对应 于处于叶片2中的不同高度的截面的贝塞尔曲线在步骤(a)中被参数化。
[0084] 变形参数和用户控制点
[0085] 优选地,变形参数在数目上为两个:
[0086] -变形的起始的相对高度ho;以及 [0087]-在叶片2的端部处的最大偏移量dmax,
[0088] ho是一个相对的高度,8卩"标准化的",换句话说,在从基部(与螺旋桨1的盘体接 合)到头部的端部穿过叶片2时表述为介于0到1之间。这是变形起始高度,即,存在于区间 [ho,1 ]中的偏移3。每个参数化的贝塞尔曲线因此与叶片2中的相对截面高度h相关联,h e [110,1](由于对于11£[0,]1()]而言,不存在变形)。
[0089] 最大偏移对应于整个偏移3上的变形最大值,变形最大值在叶片2的位于后缘BF处 的端部处获得(如图4所示,后缘是移动的)。
[0090] 所有的这些变形参数通过它们自身来实现对所有限定出贝塞尔建模曲线的用户 控制点的参数化(使用高度h)。
[0091 ]为此,当h覆盖区间[ho, 1 ]时,使用在0和1之间二次变化的系数
[0092] 第二端的控制点PCUK的纵坐标yK通过
给出。对于中间的控制点 PCUi的横坐标Xi,
[0093] 该中间的控制点?0^是"可动的"点,其坐标取决于截面的高度。如果K 2 4(包括两 个中间点在内的至少4个控制点),它能够提供"设定(set)"中间控制点、K_2th第二中间控制 点PCUiw (倒数第二个控制点)。
[0094] 因此,产(2]| )中间控制点是可动点,其横坐标取决于叶片2中的所 述截面的高度(如所阐述的,
[0095] 正如能够在之前介绍的图4中看到的,第一端部控制点rcUi和每个中间控制点PCUi 的纵坐标.? (ZelH-l])被有利地选择成设置为等于零。换句话说,这些第一 K-1控制点 是对齐的,并位于初始的脊部上。仅第二端部控制点PCUk从脊部偏离。
[0096] 如之前所解释的,贝塞尔曲线不经过中间控制点PCUi。因此这种对齐不产生任何 对于贝塞尔曲线的角点(angle point),反而控制其曲率的累进(progressivity)。作为附 加的条件,由于最前面的两个控制点具有等于零的相同的纵坐标,因此贝塞尔曲线的导数 在第一端部控制点PCUi#被约束为零。
[0097] 对于可动的中间控制点PCUi ( 2]])来说,它们具有可变的横坐标,使 得:当高度增加时,换句话说,当接近叶片2的顶部时,它们接近于第一端部控制点PCUi。因 此,越多的中间控制点在叶片2中向上移动,中间控制点的越多的权重被转移到前缘BA,这 是通过加宽直至贝塞尔曲线的曲率,并通过增加脊部的被变形的部分(在偏移3的基部处, 仅位于后缘BF处的较小区域是弯曲的,而偏移3在其顶部处获得整个叶片2的宽度)。
[0098] 只要最后一个中间控制点PCUiw被固定,这使得能够实现对偏移的最终的弧形的 独立的控制。因此,该点的横坐标可以是附加的参数,也可以被设定成例如^-: = 0.75。
[0099] 可动中间控制点的横坐标被限定成使得它们具有规律的间距,并取决于"设定中 间控制点PCUn "的位置。
[0100] 特别是,当h = ho(偏移3的基部)时,最后一个可动中间控制点与设定中间控制点 重合,且当h=l(叶片2的端部)时,xrel = 0并且全部的可动中间控制点具有横坐标0(因此它 们与第一端部控制点ΡΟΛ重合)。
[0101 ]在一个示例中,有可能选择K - 3个可动中间控制点P C U i的通过
出的横坐标Xi,XK-1为上述的设定中间控制点PCUk-1的横坐标。
[0102]因此,在K = 7的最优情况下(由图4所示),为的是具有4个可动中间控制点(加上设 定中间点和两个端点),7个点的坐标是:
[0103] PClMOA)
[0104] PCU2(0.75*l*xrei/4;0)
[0105] PCU3(0.75*2*xrei/4;0)
[0106] PCU4(0.75*3*xrei/4;0)
[0107] PCU5(0.75*4*xrei/4;0)
[0108] PCU6(0.75;0)
[0110] 示例
[0111] 图5示出了所获得的针对介于0.8到1之间的5个相对截面高度的贝塞尔曲线。与参 数化相关联的变形参数为ho = 0.8和dmax= 20mm。
[0112] 值得注意的是,当高度增加时,所有的偏移3的幅度和脊部的已变形的部段逐渐增 加。
[0113]优化和输出
[0114] 根据第二步骤(b),本方法包括下述步骤:通过数据处理装置11来确定所述至少一 个变形参数(ho,d max,以及可选的其他参数,诸如ΧΚ-0的优化值(如果可能的优化值)而确 定。这是优化步骤。
[0115] 用于实施该步骤的许多技术对本领域技术人员来说是已知的,并且举例而言,其 将简单地能够伪随机地改变可变的所选择参数,同时进行模拟以确定控制点PCUj^参数的 这些优化值(即,使得选择标准,尤其是边缘涡流的减小,被最大化)。然而,本发明并不限于 该可能性。
[0116] 在最后的步骤(c)中,例如通过对参数被设定成这些优化值建模曲线进行显示,参 数的确定值被输出至设备10的界面装置13以便使用。
[0117] 替代性地,界面装置13可只显示这些数值。
[0118] 测试
[0119]测试是在照此建模的叶片2上执行的,以检查给定的叶片能够大幅提高边缘涡流 耗散的可能性。
[0120]图6a和图6b分别示出了传统叶片和通过本方法对偏移3进行优化的叶片2,涡旋 (换句话说,边缘涡流的强度)从非流线型螺旋桨1顺流而下,并从图1的开式转子逆流而上。
[0121] 发现降低了最大涡流的强度的大约30%至40%。还应注意的是,对于新的叶片2而 言,涡流的开始被确保位于的稍小的半径处。
[0122] 因此,切向偏移3的单独优化清晰地示出了螺旋桨叶片的头部处的涡流物理现象 的明显的改变,以及处于高速(轨迹的改变、离心分离)和低速(涡流强度和位移起始跨度的 显著减小)的涡流物理现象的明显改变。
[0123] 制造方法和螺旋桨
[0124] -旦其头部被建模,即可制造叶片2。因此,用于非流线型的螺旋桨1的叶片2的制 造方法因而被提出,所述叶片2具有偏移3,该方法包括以下步骤:
[0125] -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;
[0126 ]-根据对叶片2的至少一个部段的建模来制造所述叶片2。
[0127] 可得到包括多个照此生产的叶片2的非流线型螺旋桨1。因此,其叶片的每个具有 能够改进边缘涡流耗散的偏移3,并因此降低了噪音水平,但不会降低其性能。
[0128] 设备
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