一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法技术

本发明专利技术为一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法，公开了一种定距桨叶面叶背精确建模的新方法，包含定距桨叶面数据测量，叶厚测量尺寸T，以及相对于叶面零线的偏转角度α，然后计算出叶面点的空间左边X、Y、Z：X＝R cos α,Y＝R sin α,Z＝H。运用空间几何学以及曲面解析数学表达式，曲面可表示为双参数u和v的失函数P＝P(u，v)，用于工业产品形状数学描述的标准形式，曲线曲面的形状控制，曲线曲面的光滑链接与统一表示。该方法易于实现对螺旋桨叶片形状的控制，不仅具有控制整体的能力，也具有局部控制能力，与当前的设计方法相比更加准确，设计效率大大提高，缩短整个螺旋桨建造周期。此建模方法具有占用数据资源少，数据处理速度快，准确率高。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法
本专利技术涉及船用螺旋桨设计制造领域，具体是一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法。
技术介绍
船用螺旋桨桨叶截面厚度关系到桨叶的强度、寿命以及推力效率。叶厚尺寸在测量、设计、制造中均为至关重要的指标。船用螺旋桨一般工况较为复杂，对叶厚这一尺寸的要求更为严格，螺旋桨设计不合理不仅会导致趟水效率低下，严重时将导致桨叶弯曲、倾斜、折断等后果，从而造成各种事故。目前桨叶厚度的测量与建模方法主要为根据设计厚度进行转换法，以及展开缠绕法皆存在较大误差。例如，采用坐标变换的方法计算螺旋桨曲面点，其原理与展开缠绕方法类似，将曲线投影到平面上，然后做出垂直厚度线，再进行缠绕到螺旋桨叶切面上，这个方法存在着直线代替曲线，曲线替换直线，那么误差必然存在。或者另外一种方法为叶面叶背型值点全部测量得到，一方面测量工作量较大，数据处理容易出错，且人工测量必然存在误差，叶背叶面测量误差叠加，可能造成加工所得的螺旋桨不合格。以上两种方法皆存在较大的误差，且建模效率低，工作量庞大。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法，并将其运用到当前船用螺旋桨测量、设计、建模和制造中，以改进当前误差大、精度低、效率慢等缺点。技术方案：一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法，包括叶面建模与叶背建模，其中叶面建模包括如下步骤：S1、以桨毂中心为定位基准；以螺旋桨桨毂上表面为测量基准；以桨毂基准中心为圆心；S2、以5°及10°角度递增画测量线，分导边与随边两个方向分别设置测量线，所述测量线与0.3R、0.4R、0.5R、0.6R、0.7R、0.8R、0.9R、0.95R、0.975R、1.0R线的交点，每条等R线的半径用Ri表示，i＝0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,0.95,0.975,1.0；得到的交点则为螺旋桨桨叶的叶面关键点Aij，i＝0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,0.95,0.975,1.0；j为每条等R线上关键点个数，为正整数，一般不超过25个即：1≤j≤25；S3、测得每个关键点Aij与测量基准的相对高度hij，测量桨毂高度H；S4、用桨毂下表面为基准平面，计算每个关键点在建模时的高度Hij＝H-hij；S5、将圆柱坐标系下的Ri，αij、Hij，转换为直角坐标系下的坐标：Xij＝Ricosαij,Yij＝Risinαij,Zij＝Hij；(0<Hij<H,i＝0.3,0.4……0.9,0.975,1.0；1≤j≤25,j为正整数)；得到直角坐标系下的叶面关键点Aij的坐标；S6、根据直角坐标系下的桨叶叶面关键点坐标，以坐标系原点为基准，建立相应的基准点；依次连接每条R线上的基准点得到桨叶叶面的曲线结构图，通过拟合曲线结构图的方法得到毛坯浆叶叶面。在进一步的实施例中，该建模方法还包括：S7、计算切削余量，步骤如下：S7.1、采集每个叶面关键点Aij对应的理论值Dij，通过步骤S1至S5计算每个理论值的坐标Kij；S7.2、螺旋桨理论模型与毛坯模型的建模基准都为桨毂下表面，则桨叶叶面的加工余量ΔLij＝Zij-Kij；S7.3、测量去除加工余量后的螺旋桨叶面关键点三坐标数据，作为叶背建模的基准。在进一步的实施例中，所述叶背建模包括：S8.1、读取去除余量后的叶面关键点Aij的直角坐标数据；S8.2、将叶面关键点Aij的直角坐标，代入下述公式，得到空间曲面的双参数u、v单位矢量；[u，v]＝0；其中：aij为曲面各关键点的单位法向矢量；为曲面的u向矢量方程；ψj(v)为曲面的v向矢量方程；S8.3、由于空间曲面的双参数u、v单位矢量相互垂直，且桨叶叶面上每个关键点的法向矢量σij与双参数u、v单位矢量两两垂直，通过下式可求得曲面的单位法向向量σij；S8.4、依次读取螺旋桨叶面上各个关键点对应的叶厚数据Tij，根据每个特征点都有对应的叶厚值Tij以及对应的曲面单位法向量σij，将曲面单位法向量σij延长至σij的Tij倍，获取对应法向线段σij的终点坐标Cij，接叶面关键点Aij和终点坐标Cij画出法向线段；S8.5、依次建立上述法向线段的终点为基准点Bij；S8.6、基准点建立完毕后，删除法向线段，以免影响视觉效果；S8.7、分别连接从0.3R到1.0R截面每个R线上的法向线段终点，得到叶背曲面的曲线框架；通过上述十条截面空间曲线构成曲线组拟合成浆叶叶背。在更进一步的实施例中，一种船用螺旋桨精确建模方法，包括如下步骤：1)产品设计初始化；2)读取浆叶叶面数据；3)建立浆叶叶面点、线和面；4)获取叶面上曲线的特征点；5)对叶面上特征点进行误差分析；6)如果不满足公差精度要求则转到步骤2)，进行页面点误差修正，重新读取修正后的浆叶叶面数据；7)如果满足公差精度要求，则进行数学模型变换，计算浆叶叶面曲面参数u、v；8)提取浆叶叶面的单位法向量σij；9)将叶面的单位法向量扩大至Tij倍；10)建立叶背上点、线、面；11)拟合出螺旋桨叶片实体。有益效果：本专利技术的船用螺旋桨精确建模方法，易于实现对螺旋桨叶片形状的控制，不仅具有控制整体的能力，也具有局部控制能力，与当前的设计方法相比更加准确，设计效率大大提高，缩短整个螺旋桨建造周期。此建模方法具有占用数据资源少，数据处理速度快，准确率高，对螺旋桨复杂曲面的建模具有指导作用。总之，本专利技术与当前的设计方法相比更加准确，设计效率大大提高，缩短整个螺旋桨建造周期。附图说明图1为本专利技术中所述的定距桨精确建模流程图。图2为本专利技术中所述螺旋桨叶面关键点及曲面U-V法向量布局图。图3为本专利技术中所述螺距规测量螺旋桨原理图。图4为本专利技术所需定距旋桨桨叶结构图。图5为本专利技术所需桨叶截面厚度图。具体实施方式本专利技术所述的一种船用螺旋桨精确建模方法是应用空间几何学和空间曲面数学解析表达式以及程序化设计等理论完成整个螺旋桨的建模。通过计算机技术以及数学理论方程建立叶面与叶背，通过拟合缝合得到所需桨叶实体模型，通过叶面数据误差分析步骤，验证设计并为设计进一步修正指导。如图2所示，运用计算机技术构建一个叶面点建立的流程程序，叶面上R线上点的圆柱坐标系下的三个参数：iR、α、H，i＝0.3,0.4……0.9,0.975,1.0之后进行叶面点在直角坐标系下的三坐标转换：X＝iRcosα，Y＝iRsinα，Z＝H。运用计算机技术构建从点到线再到面的流程程序，从0.3R的导边至随边的点依次连成曲线，然后0.4R,0.5R,……1.0R等截面依次连接九条曲线。通过上述十条截面空间曲线构成曲线组即可拟合成叶面。运用计算机技术依次从0.3R,0.4R,……1.0R等十个截面曲线上获取特征点，以及叶面曲面的参数u、v、σ，其中u和V是叶面曲面结构线分割的两个方向,并且两两互相垂直。曲面可表示为双参数u、v的失函数：上述公式主要解决的是对桨叶叶面产品的叶面曲面进行数学描述，对曲线及曲面的形状进行控制，其目的是使复杂的桨叶曲面光滑连接过渡。通过计算机技术指的是构建从点到线再到面的流程程序依次从0.3R,0.4R,……1.0R等十个截面曲线上获取曲线特征点、以及每个特征点对应的曲面法向量、依次对曲面法向量扩大叶厚T倍。具体地，该方法分为叶面与叶背的建模两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法，其特征在于，包括叶面建模与叶背建模，其中叶面建模包括如下步骤：S1、以桨毂中心为定位基准；以螺旋桨桨毂上表面为测量基准；以桨毂基准中心为圆心；S2、以5°及10°角度递增画测量线，分导边与随边两个方向分别设置测量线，所述测量线与0.3R、0.4R、0.5R、0.6R、0.7R、0.8R、0.9R、0.95R、0.975R、1.0R等等R线的交点，每条等R线的半径用Ri表示，i＝0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,0.95,0.975,1.0；得到的交点则为螺旋桨桨叶的叶面关键点Aij,其中每个关键点相对于0°测量线的角度为α

【技术特征摘要】
1.一种螺旋桨叶面叶背精确建模方法，其特征在于，包括叶面建模与叶背建模，其中叶面建模包括如下步骤：S1、以桨毂中心为定位基准；以螺旋桨桨毂上表面为测量基准；以桨毂基准中心为圆心；S2、以5°及10°角度递增画测量线，分导边与随边两个方向分别设置测量线，所述测量线与0.3R、0.4R、0.5R、0.6R、0.7R、0.8R、0.9R、0.95R、0.975R、1.0R等等R线的交点，每条等R线的半径用Ri表示，i＝0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,0.95,0.975,1.0；得到的交点则为螺旋桨桨叶的叶面关键点Aij,其中每个关键点相对于0°测量线的角度为αij，i＝0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,0.95,0.975,1.0；j为每条等R线上关键点个数，为正整数，1≤j≤25；S3、测得每个关键点Aij与测量基准的相对高度hij，测量桨毂高度H；S4、用桨毂下表面为基准平面，计算每个关键点在建模时的高度Hij＝H-hij；S5、将圆柱坐标系下的等R线Ri，αij、Hij，转换为直角坐标系下的坐标，得到直角坐标系下的叶面关键点Aij的坐标：Xij＝Ricosαij,Yij＝Risinαij,Zij＝Hij0<Hij<H,i＝0.3,0.4……0.9,0.975,1.0；1≤j≤25,j为正整数；S6、根据直角坐标系下的桨叶叶面关键点坐标，以坐标系原点为基准，建立相应的基准点；依次连接每条R线上的基准点得到桨叶叶面的曲线结构图，通过拟合曲线结构图的方法得到毛坯浆叶叶面。2.根据权利要求1所述的螺旋桨叶面叶背精确建模方法，其特征在于，还包括：S7、计算切削余量，步骤如下：S7.1、采集每个叶面关键点Aij对应的理论值Dij，通过步骤S1至S5计算每个理论值的坐标Kij；S7.2、螺旋桨理论模型与毛坯模型的建模基准都为桨毂下表面，则桨叶叶面的加工余量ΔLij＝Zij-Kij；S7.3、测量去除加工余量后的螺旋桨叶面关键点三坐标数据，作为叶背建模的基准。3.根据权利要求2所述的螺旋桨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，奚浩，徐江敏，孙琦，郭昊，张腾飞，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32