螺旋桨桨叶建模新方法

螺旋桨桨叶建模新方法

螺旋桨是检测器中最常用的一种。它主要由两个部分组成：轮子和叶子。桨叶表面呈螺旋形状，叶片薄而不均匀。其折叠形状通常由100个原因控制其空间形状的物理坐标确定。桨叶的几何形状特征是典型的复杂曲线。建立完善的船用螺旋桨三维模型是实现螺旋桨铸造过程模拟、铸造砂型制作、数控加工等工艺过程的关键和难点,也是实现螺旋桨强度分析、特性分析的基础。国内不少学者对螺旋桨的三维造型方法进行了研究,在建模过程中基本上是通过复杂的坐标变换计算来将螺旋桨二维型值表提供的一系列点的坐标值转换成三维空间点云坐标,其计算复杂,需借助编程软件来实现繁琐的计算。本文根据螺旋桨的结构特点及Pro/E软件功能特点,充分发挥该软件的三维建模优势,摒弃了复杂的坐标变化推导计算,采用直观、通俗易通的方式来完成螺旋桨的三维模型创建。1桨叶的参变量和参数量螺旋桨的结构主要由轮毂和叶片两部分组成。轮毂是标准的回转体,螺旋桨通常具有3-6个形状相同的桨叶,每个桨叶由定义在叶片展开面上的一系列型值点和其它相关参数来描述,定义螺旋桨桨叶的参变量包括:每个剖面圆的半径r,螺距P、螺距角Φ、后倾角α、展开面上各型值点相对于基准点的定位值(1,h)和导边到准线的距离Le。螺旋桨的叶面是螺旋面的一部分,故任何与螺旋桨共轴的圆柱与叶面的交线为螺旋线的一段。目前设计船用螺旋桨的方法有两种,即图谱设计法及环流理论设计法。图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计,是目前应用较广的一种设计方法。2确定截面曲线并进行旋转根据螺旋桨叶片型值表,可查出在每一个r/R(0.2R,0.3R,0.4R,0.5R,0.6R,0.7R,0.8R,0.9R,0.95R)的参数下对应的桨叶切面的最大厚度、导边至最大厚度的距离、中心线至导边的距离、叶片的宽度、从导边起的距离、叶背坐标、叶面坐标,分别将叶背坐标、叶面坐标连接为叶背和页面两条曲线,并调整基准距离为导边到母线长;然后绘制不同半径处r/R(0.2R,0.3R,…,0.95R)的圆柱曲面;再对不同半径处的截面曲线进行旋转,旋转角为螺距角Φ;再分别将不同半径处的截面曲线通过Pro/E的缠绕功能缠绕到相应的圆柱曲面上;然后利用边界混合及合并等工具,将曲线形成曲面;再将形成的曲面进行旋转,形成后倾效果并整列;最后将曲面转为实体。3三维螺旋建模的过程3.1数据格式根据AU型螺旋桨叶型值表不同半径处切面坐标值X、Y0、Yu,分别转换为Pro/E可识别的pts格式点数据。数据格式采用(X,Y0),(X,Yu)分别为一序列曲线点。分别将不同半径(0.2r,0.3r,…,0.95r)处(X,Y0)、(X,Yu)系列曲线点分别转入Pro/E中(图1),点数据组成的曲线形应为螺旋桨叶片切面形状,检查各点数据的变化情况,对不准确数据进行修改。3.2绘制dm1、0.3r的面根据Pro/E的缺省基准平面,创建一与front基准面平行的基准平面DTM1,创建三条过坐标系的基准轴,A-1,A-2,A-3,其中A-3与DTM1垂直。然后使用曲面拉伸的方式,以TOP基准平面为绘图平面,分别绘制以(0.2r,0.3r,…,0.95r)为半径的圆柱面(图2),并分别命名为拉伸2(代表0.2R),拉伸3,拉伸10(代表0.95R)。再创建一与DTM1平行,距离大于R的拉伸曲面,并分别创建各半径处辅助绘图平面及坐标系,坐标系CS1距DTM1与A3基准轴交点的坐标系CS0的距离为导边到母线的距离,可由伸张轮廓查到(图3)。3.3绘制基准曲线分别以坐标系CS1为基准插入点数据(X,Y0),(X,Yu),并利用Pro/E的通过点建立曲线功能创建过(X,Y0),(X,Yu)系列点的基准曲线。并根据螺旋桨绘图原理,将绘制好的曲线进行旋转,旋转角度为螺距角。并通过包络工具,分别将旋转后的曲线缠绕到r/R(0.2R,0.3R,…,0.95R)处的拉伸2曲面上,完成不同半径处圆柱面上的缠绕曲线(图4)。3.4使用旋转工具创建桨架轮毂是标准的回转体,可通过Pro/E的旋转功能实现。3.5间隙曲面合并利用Pro/E的边界混合功能分别将叶面、叶背曲线形成曲面,并通过点创建曲线方式完成随边上下间的间隙曲面,通过合并工具将叶面曲面、叶背曲面、导边、随边曲面合并成一个曲面。3.6旋转后旋转后叶片的旋转因螺旋桨具有一定的后倾角,目前建好的曲面暂无后倾角,需沿旋转轴A-1将合并好的曲面进行旋转,旋转角度为后倾角。并分别以A-2轴将旋转后倾角后的桨叶旋转90°、180°、270°,得到四个桨叶。然后使用Pro/E的实体化工具将曲面物体转化为实体,根据图谱进行倒圆角,完成建模。4螺旋d型设计特点本三维模型完全根据螺旋桨螺旋曲面生成机理及Pro/E强大的三维曲面造型功能,探讨其相关性,找出两者的共同点,充分发挥了Pro/E的特点,在建模过程中采用缠绕的方式完全符合了螺旋桨叶面的成型特点及现有二维系列截面的展开图表达方式。此建模方法摒弃了传统建模过程中繁琐的坐标变化,建模直观、便于修改、可