用于對非流線型的螺旋槳葉片進行建模的方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種計算機輔助設計。
[0002] 更具體地，本發(fā)明涉及用于對螺旋槳葉片進行建模的方法。
【背景技術】
[0003] 具有"非流線形"風扇的發(fā)動機(或者，"槳扇"類型或"開式轉子"類型的渦輪螺旋 槳發(fā)動機)是一類其風扇被附接在殼體外的發(fā)動機，其與傳統(tǒng)的渦輪發(fā)動機(渦輪風扇式） 不同，在傳統(tǒng)的渦輪發(fā)動機中，風扇是流線型的。
[0004] 圖1中示出的"反向旋轉開式轉子"（Contra-Rotating Open Rotor，CR0R)已經(jīng)眾 所周知，其裝備有兩個沿相反的方向旋轉的螺旋槳。由于其具有特別高的推進力產(chǎn)出，因此 人們對其非常感興趣。
[0005] 因此，這種類型的發(fā)動機的目的在于通過將其燃料消耗量保持為與渦輪螺旋槳發(fā) 動機的燃料消耗量相近來保持渦輪發(fā)動機的速度和性能。由于風扇不再是流線型的事實， 它實際上可能會增大直徑和用于推力的有用的空氣流量。
[0006] 然而，流線型的缺乏會引起針對遵守技術規(guī)范的問題，尤其是在聲學方面，這是因 為這種類型的發(fā)動機產(chǎn)生比傳統(tǒng)發(fā)動機更多的噪音。實際上，在每個螺旋槳葉片上產(chǎn)生的 牽引力取決于存在于螺旋槳的范圍上的環(huán)流分布（circulation distribution)。并且，該 環(huán)流自然地在葉片頭部處脫離(而不是通過殼體被引導），產(chǎn)生了所謂的"邊緣"渦旋。
[0007] 這種上游葉片頭部邊緣渦流在下游螺旋槳的旋轉表面上的相互作用在聲學方面 構成了真正的挑戰(zhàn)，直到達到產(chǎn)生的強噪聲不會被任何殼體所封阻的程度。
[0008] 目前的標準將最大噪聲閾值強加在靠近地面的區(qū)域中（即，在起飛和進場著陸期 間），這是不可能目前的幾何結構所不能實現(xiàn)的。
[0009] 改進這些幾何結構將是所期望的，特別是改進葉片頭部處的幾何結構，以便減少 產(chǎn)生的噪聲，而不顯著地影響發(fā)動機的效率或其燃料消耗。
[0010]針對這方面，許多對葉片和其他航空部件進行建模的計算機工具是已知的，其通 過自動優(yōu)化它們的一些特征而能夠?qū)@些部件的設計進行輔助。原理是在給定的環(huán)境中通 過執(zhí)行大量的模擬計算來確定葉片規(guī)律的空氣動力學的幾何最優(yōu)條件，換句話說，用一條 或多條曲線描述物理量(如產(chǎn)量、壓力上升、流率容量或栗送余量)沿葉片的截面或高度的 值。
[0011]然而，如今與用于設計非流線型螺旋槳的方法相同的方法被使用于設計流線型風 扇，即，二維輪廓的建模，二維輪廓隨后在氣流線（current 1 ines)上纏繞（同時觀察輪廓的 角度），并根據(jù)所選擇的以及優(yōu)化的疊加法則進行疊加。
[0012] 這種解決方案被證明適于非流線型螺旋槳的很多物理量，但它仍然難以得到對噪 音水平的顯著改進。
[0013] 替代性地，能夠使用網(wǎng)格變形算法。由于這種方法在表面潔凈度和設計簡化方面 提供了很大的優(yōu)勢，因此它們?nèi)允撬P注的。但是至今為止，它們在能夠被使用在工業(yè)設計 中之前仍需要進行大量的開發(fā)工作。
[0014] 于是，理想的是找到一種用于對非流線型的螺旋槳進行建模的創(chuàng)新方法，該方法 能夠使流體聲學性能得到實質(zhì)性改進，同時在計算機資源的使用方面具有經(jīng)濟性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種對非流線型螺旋槳的葉片的至少一個部段進行 建模的方法，葉片部段具有偏移，所述方法的特征在于，包括:使用設備的數(shù)據(jù)處理裝置實 施以下步驟：
[0016] (a)根據(jù)沿葉片中的給定高度處的截面的位置，將至少一條貝塞爾曲線參數(shù)化，所 述貝塞爾曲線表示所述葉片的表征偏移的變形，該曲線由以下因素限定：
[0017] a.限定葉片的所述截面的范圍的第一端部控制點和第二端部控制點；
[0018] b.定位在端點之間的至少一個中間控制點，
[0019] 根據(jù)至少一個變形參數(shù)和葉片中的截面的所述高度來執(zhí)行的參數(shù)化，表示為中間 控制點的橫坐標和第二端點的縱坐標的函數(shù)；
[0020] (b)確定變形參數(shù)的優(yōu)化值；
[0021] (c)將由此確定的值輸出到所述設備的界面。
[0022] 根據(jù)其他有利地并非限制性的特征：
[0023] ?變形參數(shù)是變形開始時的相對高度ho和葉片的端部處的最大偏移dmax，至少一 條參數(shù)化的貝塞爾曲線與葉片中的截面的相對高度h相關聯(lián)，he [ho, 1];
[0026] ?1(2 4，，中間控制點/60，-2]|為可動點，其橫坐標取決于葉片中的所述截面 的高度，K_2th中間控制點被固定；
[0027] ·Κ-3個可動中間控制點的橫坐標Xi 給出，χκ-1為固 定中間控制點(PCUk-Ο的橫坐標；
[0028] #χκ-ι = 0.75；
[0029] ·Κ = 7，以便具有4個可動中間控制點；
[0030] ?第一端部控制點的縱坐標和每個中間控制點的縱坐標等于零；
[0031] ?貝塞爾曲線在第一端部控制點處的導數(shù)為零；
[0032] ?對應于葉片中的不同高度處的截面的多條貝塞爾曲線在步驟(a)中被參數(shù)化；
[0033] ?在步驟(b)中確定的優(yōu)化值是變形參數(shù)的值，對于所述優(yōu)化值，葉片產(chǎn)生的邊緣 渦流的強度最小。
[0034] 根據(jù)第二方面和第三方面，本發(fā)明涉及一種用于制造非流線型螺旋槳的葉片的方 法，葉片具有偏移，所述方法包括以下步驟：
[0035] -執(zhí)行根據(jù)第一方面的方法，以對葉片的至少一個部段進行建模；
[0036] -根據(jù)所獲得的葉片的至少一個部段的建模制造所述葉片；
[0037] 以及提出包括多個通過根據(jù)第二方面的方法獲得的葉片的非流線型螺旋槳。
[0038] 根據(jù)第四方面，本發(fā)明涉及一種對非流線型螺旋槳的葉片的至少一個部段進行建 模的建模設備，葉片部段具有偏移，其特征在于:所述設備包括數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處 理裝置配置成實現(xiàn)：
[0039] -用于根據(jù)沿所述葉片中的給定高度處的截面的位置對至少一條貝塞爾曲線進行 參數(shù)化的模塊，所述貝塞爾曲線表示所述葉片的表征所述偏移的變形，該模塊通過以下因 素限定所述曲線：
[0040 ] a.限定出葉片的所述截面的范圍的第一端部控制點和第二端部控制點；
[0041]
[0042] b.定位在端點之間的至少一個中間控制點，
[0043] 將根據(jù)至少一個變形參數(shù)和葉片中的截面的所述高度來執(zhí)行的參數(shù)化，表示為中 間控制點的橫坐標和第二端點的縱坐標的函數(shù)；
[0044] -用于確定所述至少一個變形參數(shù)的優(yōu)化值的模塊；
[0045]-用于將所確定的值輸出到所述設備的界面的模塊。
[0046]根據(jù)第五和第六方面，本發(fā)明分別涉及一種計算機程序產(chǎn)品和一種存儲裝置，計 算機程序產(chǎn)品包括代碼指令，所述代碼指令用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于對非流 線型螺旋槳的葉片的至少一個部段進行建模的方法;存儲裝置可由計算機設備讀取，存儲 裝置上具有計算機程序產(chǎn)品，計算機程序產(chǎn)品包括代碼指令，所述代碼指令用于執(zhí)行根據(jù) 本發(fā)明的第一方面的用于非流線型螺旋槳的葉片的至少一個部段進行建模的方法。
【附圖說明】
[0047] 通過閱讀優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯。本說明書將 參考附圖來給出，其中：
[0048] 圖1示出了先前所述的葉片上的反向旋轉開式轉子的示例，根據(jù)本發(fā)明的方法被 應用于該葉片；
[0049]圖2a至圖2b是這種轉子的非流線型螺旋槳的葉片的端部的兩個視圖；
[0050]圖3示出了用于實現(xiàn)