根據(jù)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)；
[0051 ]圖4示出了方法在非流線型螺旋槳的葉片上的應(yīng)用；
[0052]圖5是示例性曲線圖，示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例獲得的葉片變形曲 線；
[0053]圖6a至圖6b給出了對(duì)已知的葉片和通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法建模的葉片的流體聲 學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比的可能性。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 葉片偏移
[0055] 圖1中，所示的開(kāi)式轉(zhuǎn)子包括渦輪4,以及兩個(gè)非流線型螺旋槳1。這些螺旋槳1在該 示例中是反向旋轉(zhuǎn)的。每個(gè)螺旋槳1具有多個(gè)從轉(zhuǎn)子的殼體徑向延伸出的葉片2。
[0056]圖2a和圖2b示出了葉片2的頭部的細(xì)節(jié)。該頭部配有偏移（off set)3，即，所謂的 "小翼"類型的系統(tǒng)。這是一種強(qiáng)健的彎曲部，有時(shí)直至呈現(xiàn)正交小翼的形狀(機(jī)翼的端部處 的小翼的情況）。這種系統(tǒng)的益處在于在葉片頭部2處卸載(discharged) (Cz = 0)或甚至負(fù) 加載的輪廓(negatively charged profiles)或通過(guò)將機(jī)翼上表面和機(jī)翼下表面反轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn) 行設(shè)計(jì)。
[0057] 通過(guò)這種偏移3,可預(yù)期將更好地耗散葉片端部2處產(chǎn)生的邊緣渦流。然而，至今為 止還未能獲得充分地減少噪音干擾的葉片頭部2幾何結(jié)構(gòu)。
[0058] 本方法被設(shè)計(jì)成用于對(duì)非流線型螺旋槳1的葉片2的至少一個(gè)部分(特別是其頭 部)進(jìn)行特定的建模，葉片部分2具有切向偏移3。為此，理念是將偏移3限定成葉片2的"脊 部"相對(duì)于參考平面的變形，這對(duì)將稍后描述的某些極為特定的參數(shù)是有利地。
[0059]在葉片2的截面（即橫截面）中，脊部是從一個(gè)前緣BA朝向后緣BF延伸的正中線。圖 4示出兩種構(gòu)型中的同一葉片2:-個(gè)初始構(gòu)型（即，沒(méi)有任何偏移3,脊部呈現(xiàn)直線的形狀） 和變形構(gòu)型（即，后緣進(jìn)行位移，以給予脊部以偏移3表征的彎曲形狀）。圖4將在稍后更詳細(xì) 地說(shuō)明。脊部不應(yīng)與弦混淆，弦也在截面中將前緣和后緣連接，但是所述連接是通過(guò)穿過(guò)葉 片2的包絡(luò)線（envelope)。
[0060] 可以發(fā)現(xiàn)，葉片2的"高度"正交于截面，即，在沿縱向軸線的位置處。葉片2的每個(gè) 截面處于葉片2中給定的高度。
[0061] 在葉片部分2的設(shè)計(jì)期間，葉片部分2通過(guò)圖3中示出的類型的計(jì)算機(jī)設(shè)備10被建 模。它包括數(shù)據(jù)處理裝置11( 一個(gè)或多個(gè)處理器）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置12(例如一個(gè)或多個(gè)硬盤）、 界面裝置13(包括諸如鍵盤和鼠標(biāo)或觸摸界面的輸入裝置，以及諸如用于顯示結(jié)果的屏幕 的輸出裝置）。有利地，該件設(shè)備10是超級(jí)計(jì)算機(jī)，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在不同的平臺(tái)上實(shí)施也 是相當(dāng)有可能的。
[0062] 即使渦流的耗散是葉片的建模過(guò)程中選擇的待優(yōu)化的主要標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)理解的是， 也可選擇其它標(biāo)準(zhǔn)。作為示例，可嘗試將機(jī)械性能最大化，諸如對(duì)機(jī)械應(yīng)力的抗性、槳葉的 頻率響應(yīng)、葉片的位移、諸如產(chǎn)率之類的空氣動(dòng)力特性、壓力的上升、流率容量(flow rate capacity)或栗送余量(margin upon pumping)等。
[0063] 參數(shù)化
[0064] 有必要將試圖優(yōu)化的脊部變形規(guī)律參數(shù)化，即通過(guò)使其成為具有N個(gè)輸入?yún)?shù)的 函數(shù)。于是，優(yōu)化在于在受應(yīng)力的情況下改變(通常是隨機(jī)地)這些不同的參數(shù)，直到它們的 優(yōu)化值被確定以用于渦流耗散的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。隨后，一條"平滑"的曲線通過(guò)對(duì)已確定的經(jīng)過(guò) 點(diǎn)(passage points)進(jìn)行插值而獲得。
[0065] 于是，需要的計(jì)算的數(shù)量與問(wèn)題中的輸入?yún)?shù)的數(shù)量直接相關(guān)(線性相關(guān)或者甚 至指數(shù)相關(guān)）。
[0066] 許多方法用于將存在的規(guī)律參數(shù)化，并且具體地，它能夠分為兩個(gè)大類別：
[0067] -離散模型:規(guī)律由多個(gè)點(diǎn)的位置限定出（在實(shí)踐中，在高度上具有5至10個(gè)用于規(guī) 律的點(diǎn)，以及具有50至200個(gè)用于截面的點(diǎn)），這些點(diǎn)的位置優(yōu)化過(guò)程中被一個(gè)接一個(gè)地移 動(dòng)；
[0068]-參數(shù)模型：規(guī)律是通過(guò)文獻(xiàn)中已知的數(shù)學(xué)曲線限定，如貝塞爾曲線（Bezier curves)或非均勾有理B-樣條曲線（Non-Uniform Rational B-Spline curves，NURBS)。
[0069]期望的是，使用大量的參數(shù)，以通過(guò)規(guī)律的同樣多的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行改進(jìn)(這是對(duì)葉片 設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)），但這種方法很快就被目前的處理器的能力和資源所限制。
[0070] 即使使用昂貴的超級(jí)計(jì)算機(jī)，用于對(duì)單個(gè)規(guī)律進(jìn)行建模所需的時(shí)間也較長(zhǎng)。
[0071] 另一個(gè)問(wèn)題，可以看出，存在大量的參數(shù)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:所確定的規(guī)律實(shí)際上具 有數(shù)目過(guò)大的待觀察的經(jīng)過(guò)點(diǎn)，并且最初獲得的曲線異常地"起伏"（這被稱為龍格現(xiàn)象）， 并且就其本身而言是不可用的。它們必須被重新計(jì)算，直到它們足夠平滑，這進(jìn)一步增加為 獲得結(jié)果所需的時(shí)間。
[0072] 如將看到的，本方法能夠?qū)崿F(xiàn)葉片頭部2的優(yōu)良的建模質(zhì)量，使得能夠大量地減少 獲得對(duì)邊緣渦流耗散(以及噪聲水平)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性改進(jìn)所需參數(shù)的數(shù)量。
[0073] 在步驟(a)中，在操作員的控制下由數(shù)據(jù)處理裝置11執(zhí)行，在葉片2中的給定高度 處，表明葉片2的變形的值(如所闡述地，表征偏移3)的曲線根據(jù)沿非流線型的螺旋槳1的葉 片2的截面的位置被參數(shù)化。"截面"也意味著"截面部分"，即從前緣BA延伸到后緣BF的空間 的一部分或任意部分。
[0074] 優(yōu)選地，沿曲線的位置被表示為脊部長(zhǎng)度(在橫坐標(biāo)中）的函數(shù)，并且更具體地為 "標(biāo)準(zhǔn)化"脊部的長(zhǎng)度，即，當(dāng)從一個(gè)邊緣至另一邊緣橫跨葉片2時(shí)，表述為在0到1之間。換句 話說(shuō)，這對(duì)應(yīng)于X坐標(biāo):脊部的點(diǎn)處于正交參考系統(tǒng)中，其中，點(diǎn)BA將具有坐標(biāo)(0,0)，并且點(diǎn) BF具有坐標(biāo)（1，0)。例如，截面的與標(biāo)準(zhǔn)化脊部長(zhǎng)度"0.5"相關(guān)聯(lián)的點(diǎn)處于脊部的垂直平分 線上。值得注意的是，由于該曲線可在葉片2的截面的僅一個(gè)(連續(xù)的）部分上延伸，因此相 關(guān)的函數(shù)被限定在[0，1]的子區(qū)間上。
[0075] 然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明決不限于示出變形的值與脊部的長(zhǎng)度的對(duì)比的曲線 的表達(dá)式，并且其他參考系也是可能的（例如弦長(zhǎng)(cord length))。
[0076] 這種示出變形的值的曲線應(yīng)當(dāng)被理解為是對(duì)變形規(guī)律的建模。
[0077] 其為一條貝塞爾曲線。貝塞爾曲線是限定為N+1個(gè)基本多項(xiàng)式的組合的參數(shù)多項(xiàng) 式曲線，所謂的伯恩斯坦多項(xiàng)式（Bernstein Polynomial s ):貝塞爾曲線由一組點(diǎn) Σ二盡' (，l·匕，e[0,1]限定，丑f (i) = (f yv(l-if-1是N+1個(gè)N次伯恩斯坦多項(xiàng)式。
[0078]點(diǎn){Ρο,Ρ:，.. .Pn}被稱為曲線的"隱式"的控制點(diǎn)并且構(gòu)成如下所述的變量:憑借所 述變量可通過(guò)貝塞爾曲線來(lái)對(duì)葉片的規(guī)律建模。
[0079]由于貝塞爾曲線可被認(rèn)為是N+1個(gè)加權(quán)控制點(diǎn)(weighted control point)的一組 質(zhì)心，加權(quán)控制點(diǎn)的權(quán)重等于與每個(gè)控制點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的伯恩斯坦多項(xiàng)式的值，因此，這些點(diǎn)被 稱為"隱式"。換句話說(shuō)，這些點(diǎn)充當(dāng)使得吸引曲線的局部加權(quán)而不被曲線經(jīng)過(guò)(除了分別對(duì) 應(yīng)于t = 0和t = 1的第一個(gè)點(diǎn)和最后一個(gè)點(diǎn)，以及除了在點(diǎn)成直線的特定情況）。
[0080] 通常，在已知的使用貝塞爾曲線對(duì)規(guī)律建模的技術(shù)中，設(shè)置有所使用的曲線的端 部控制點(diǎn)P〇和Pn(它們限定出建模將應(yīng)用的部分上的部段的范圍），而其他點(diǎn){Pi. . . Pn-i }具 有可動(dòng)的坐標(biāo)，形成用于優(yōu)化算法的輸入?yún)?shù)。
[0081] 在本方法中，如同現(xiàn)有技術(shù)那樣，該曲線由其K個(gè)控制點(diǎn)限定(K 2 3)。兩個(gè)端部用 戶控制點(diǎn)?〇]1和?〇]心=1和1=1〇限定出部件的部段的范圍（即曲線的限定的域）。貝塞爾 曲線還使