專利名稱：復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法
技術領域：
本發明涉及一種導隨邊加工設計方法，具體涉及復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法。
背景技術：
近年來，隨著纖維增強復合材料的廣泛應用，越來越多的設計者已經開始使用輕質復合材料取代相對較重的金屬材料來制備螺旋槳葉片，與傳統金屬螺旋槳相比，復合材料螺旋槳具有輕質、高效、低振動、低噪音、耐海水腐蝕和易維修等特點，很好的解決了過去金屬螺旋槳重量大、難加工、空泡腐蝕現象嚴重、振動和噪聲大等問題，但這種輕質復合材料螺旋槳也存在一個特殊的問題其槳葉容易受到外部物體的沖擊而發生損傷，尤其對于尺寸較薄的槳葉導隨邊部位，因此，為了確保槳葉型面完整，保障螺旋槳推進性能，需要采取適當的方式對槳葉導隨邊進行加固。過去某些復合材料槳葉通常采用金屬包邊的形式對槳葉進行局部加固，如復合材料機翼葉片、復合材料風機葉片等，但該類槳葉為等截面槳葉，采用金屬包邊進行加固后對其氣動性能的影響并不是很大，而艦船用螺旋槳槳葉型面為變截面變厚度的復雜曲面，若采用傳統的金屬包邊等方式將極大的影響初始設計型面的水動力性能。
發明內容
本發明為解決現有復合材料螺旋槳葉片受到外部物體的沖擊而易發生損傷的問題，進而提出復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法。本發明為解決上述問題采取的技術方案是本發明的具體步驟如下步驟一、利用三維實體構型軟件繪制槳葉截面的幾何模型，并計算nR截面上距離導隨邊為O. 05CehOTd處葉面和葉背的縱坐標值，其中η = O. 1,0.2,…0.9，I，Cctod為nR截面的弦長，R表示螺旋槳半徑；步驟二、將各截面的HLAm、HLBnr, HTAnr及HTBm值以m倍進行增大，并根據這些縱坐標值，利用數學建模軟件對第nR截面的其余型值點進行重新擬合調整，構建螺旋槳槳葉新的截面形式，其中HLAm表示第nR截面距導邊O. 05Cchord處葉面的縱坐標值，HLBnr表示第nR截面距導邊O. 05Cchord處葉背的縱坐標值，HTAnr表示第nR截面距隨邊O. 05Cchord處葉面的縱坐標值，HTBnr表示第nR截面距隨邊O. 05Cchord處葉背的縱坐標值；步驟三、使用三維實體構型軟件繪制槳葉的幾何模型，并進一步繪制改進后螺旋槳的幾何模型；步驟四、將改進后螺旋槳的幾何模型導入計算機流體力學分析軟件的前處理器GAMBIT,構建流體域，劃分流體網格，構建水動力計算模型；步驟五、建立基于RANS方程的流體動力學計算分析模型，如公式(I)所示
權利要求
1.復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法，其特征在于所述復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法的具體步驟如下步驟一、利用三維實體構型軟件繪制槳葉截面的幾何模型，并計算nR截面上距離導隨邊為O. 05Cchord處葉面和葉背的縱坐標值，其中η = O. 1，0. 2，…O. 9，1，Cchord為nR截面的弦長，R表示螺旋槳半徑；步驟二、將各截面的HLAm、HLBnr, HTAnr及HTBm值以m倍進行增大，并根據這些縱坐標值，利用數學建模軟件對第nR截面的其余型值點進行重新擬合調整，構建螺旋槳槳葉新的截面形式，其中HLAnr表示第nR截面距導邊O. 05Cchord處葉面的縱坐標值，HLBnr表示第nR截面距導邊O. 05Cchord處葉背的縱坐標值，HTAnr表示第nR截面距隨邊O. 05Cchord處葉面的縱坐標值，HTBnr表示第nR截面距隨邊O. 05Cchord處葉背的縱坐標值；步驟三、使用三維實體構型軟件繪制槳葉的幾何模型，并進一步繪制改進后螺旋槳的幾何模型；步驟四、將改進后螺旋槳的幾何模型導入計算機流體力學分析軟件的前處理器GAMBIT,構建流體域，劃分流體網格，構建水動力計算模型；步驟五、建立基于RANS方程的流體動力學計算分析模型，如公式(I)所示公式(I)中P表示流體密度，u為笛卡爾坐標系統下的速度矢量，Xi、\分別表示不同的空間方向，31表示源項，t表示時間，P表示靜態壓力，μ表示分子粘度表示Reynolds應力，求解RANS方程，從而獲取螺旋槳上的水動力性能，即推力系數Kt = T/P H2D4,扭矩系數
2.根據權利要求I所述復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法，其特征在于步驟五中公式(I)的推導過程如下步驟A、螺旋槳葉片在粘性湍流中旋轉，其連續方程和RANS的動量方程為連續方程
3.根據權利要求I所述復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法，其特征在于步驟二中的 m = I. 05，I. 1，I. 15，I. 2。
全文摘要
復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法，它涉及一種導隨邊加工設計方法，具體涉及復合材料螺旋槳槳葉的導隨邊加固設計方法。本發明為了解決現有復合材料螺旋槳葉片受到外部物體的沖擊而易發生損傷的問題。本發明利用三維構型軟件繪制槳葉截面的幾何模型和槳葉的幾何模型，利用RANS方程計算槳葉的水動力性能，根據槳葉的水動力性能選取i種滿足水動力性能要求的改進方案，根據最終確定的幾何模型估算螺旋槳體積，并進一步估算螺旋槳重量G，確定G最小的改進方案為導隨邊增強型復合材料螺旋槳槳葉的設計方案。本發明用于艦艇的運輸工具。
文檔編號G06F17/50GK102930117SQ201210471899
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者赫曉東, 洪毅, 王榮國, 劉文博, 楊帆, 矯維成, 郝立峰, 徐忠海, 張鴻名 申請人:哈爾濱工業大學