一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法，包括如下步骤：S1、获取鱼鳞样本，在鱼鳞样本中挑选得到外形标准的鱼鳞；S2、采集鱼鳞外轮廓坐标点，对采集的坐标点拟合并修正后得到鳞片本体曲线；S3、将步骤S2中获取的鳞片本体按预定排布方式布置在翼型本体的减阻区内，并进行三维建模以获得叶轮叶片。本发明专利技术通过在翼型本体表面间隔布置鳞片本体，有效的减少翼型表面阻力，极大的改善了其减阻性能，尤其在低流速工况下减阻效果十分卓著，大幅降低了壁面和流体之间的摩擦阻力，实现了对减阻特性的大幅度提升，翼型表面剪应力分布平均，摩擦阻力分布平均，解决了应力集中问题，有效改善了水力机械叶片因应力集中而损坏的现象。象。象。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法


[0001]本专利技术涉及流体机械领域，具体是一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法。

技术介绍

[0002]翼型作为流体机械领域的基础结构，其应用范围非常广泛，涵盖了航空领域的机翼、螺旋桨翼型、风力发电叶片截面翼型等。随着科学及流体机械行业的快速发展，特别是随着应用领域的扩展，比如潮汐能发电、船用喷水推进器、水下航行器以及各种泵叶片等水力机械的大范围使用，人们不再满足于传统翼型所提供的动力学性能，对翼型性能提出的要求也越来越高，各行业领域对于传统叶片的减阻性能的要求愈来愈高，因此开发出具有优良减阻性能的叶片尤为重要。

技术实现思路

[0003]为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法；本专利技术通过仿生获得了可产生有效减阻性能的叶轮叶片。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法，包括如下步骤：
[0006]S1、获取鱼鳞样本，在鱼鳞样本中挑选得到外形标准的鱼鳞；
[0007]S2、采集鱼鳞外轮廓坐标点，对采集的坐标点拟合并修正后得到鳞片本体曲线；
[0008]S3、将步骤S2中获取的鳞片本体按预定排布方式布置在翼型本体的减阻区内，并进行三维建模以获得叶轮叶片。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述鳞片本体的外轮廓包括：
[0010]第一基段，位于鳞片本体前端；
[0011]第二基段以及第四基段，分别与第一基段两端相连且相对于第一基段对称布置；
[0012]第三基段，位于鳞片本体后端，且两端分别与第二基段以及第四基段相连；
[0013]第一基段、第二基段、第三基段以及第四基段均呈弧线状；
[0014]第一基段与第三基段的弧口相对布置，第二基段与第四基段的弧口相对布置。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：所述第一基段的曲线函数为：
[0016][0017]其中4.699≤a≤4.772；
[0018]‑
0.688≤b≤
‑
0.756；
[0019]0.0355≤c≤0.385；
[0020]0.669≤d≤0.689；
[0021]所述第二基段的曲线函数为：
[0022][0023]其中1.899≤e≤2.012；
[0024]‑
0.021≤f≤
‑
0.011；
[0025]‑
0.9927≤g≤
‑
0.7622；
[0026]‑
3.001≤h≤
‑
2.788；
[0027]所述第三基段的曲线函数为：
[0028][0029]其中0.779≤i≤0.989；
[0030]‑
0.544≤j≤
‑
0.416；
[0031]所述第四基段的曲线函数为：
[0032][0033]其中9527≤k≤9677；
[0034]‑
33.66≤m≤
‑
33.15；
[0035]0.1869≤n≤0.1983；
[0036]‑
0.858≤o≤
‑
0.698。
[0037]作为本专利技术再进一步的方案：以鳞片本体的长度为δ1、宽度为δ2，第一基段的长度为δ3，
[0038][0039][0040]5.496mm≤δ2≤6.334mm。
[0041]作为本专利技术再进一步的方案：所述鳞片本体的厚度0.377mm～0.642mm之间。
[0042]作为本专利技术再进一步的方案：减阻叶片的翼型本体上沿弦长方向间隔布置有减阻区，所述鳞片本体均匀布置在翼型本体的减阻区内，且鳞片本体的前端朝向翼型本体尾端，鳞片本体的后端朝向翼型本体前端。
[0043]作为本专利技术再进一步的方案：所述翼型本体上沿弦长方向间隔布置有两组减阻区，两所述减阻区内设置有至少两排鳞片本体，相邻两排鳞片本体沿弦长方向位置错开。
[0044]作为本专利技术再进一步的方案：以翼型本体的弦长为56mm，跨度为20mm，各减阻区内相邻两排鳞片本体之间的距离不低于3mm，各排内的鳞片本体之间的距离不低于4mm；靠近翼型本体尾端的减阻区与翼型尾端距离为2mm～9mm，两所述减阻区之间间距为12mm～15.5mm。
[0045]作为本专利技术再进一步的方案：所述翼型本体为Clark
‑
y翼型。
[0046]作为本专利技术再进一步的方案：在步骤S3中，建模过程中在各基准面上通过实体拉伸以及材料切除功能对鳞片本体进行优化处理。
[0047]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0048]1、本专利技术通过在翼型本体表面间隔布置鳞片本体，有效的减少翼型表面阻力，极大的改善了其减阻性能，尤其在低流速工况下减阻效果十分卓著，大幅降低了壁面和流体之间的摩擦阻力，实现了对减阻特性的大幅度提升，翼型表面剪应力分布平均，摩擦阻力分布平均，解决了应力集中问题，有效改善了水力机械叶片因应力集中而损坏的现象。
附图说明
[0049]图1为本专利技术中减阻叶片的结构示意图。
[0050]图2为本专利技术中鳞片本体的结构示意图。
[0051]图3为常规Clark
‑
y翼型的壁面剪应力分布图。
[0052]图4为本专利技术减阻叶片的壁面剪应力分布图。
[0053]图中：1、翼型本体；2、鳞片本体；
[0054]21、第一基段；22、第二基段；23、第三基段；24、第四基段。
具体实施方式
[0055]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0056]请参阅图1～4，本专利技术实施例中，一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法，包括翼型本体1，翼型本体1优选为Clark
‑
y翼型，其中翼型本体1的弦长为56mm，其跨度为20mm。
[0057]翼型本体1沿其弦长方向间隔设置有如图1所示的两组减阻区。两组减阻区尺寸吻合，其长度优选为13mm，宽度与翼型本体1的跨度相等，为20mm。
[0058]其中一组减阻区与翼型尾端距离为2mm～9mm，优选为3mm。两组减阻区之间间距为12～15.5mm，优选为13mm。
[0059]两组减阻区内沿翼型本体1弦长方向均匀布置有多排鳞片本体2，优选为布置五排。相邻两排鳞片本体2之间的距离不低于4mm，优选为4.2mm；各排内鳞片本体2之间的距离不低于3mm，优选为3.3mm。减阻区内相邻两排鳞片本体2的沿翼型本体1弦长方向的位置错开，沿弦长方向，后排鳞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取鱼鳞样本，在鱼鳞样本中挑选得到外形标准的鱼鳞；S2、采集鱼鳞外轮廓坐标点，对采集的坐标点拟合并修正后得到鳞片本体(2)曲线；S3、将步骤S2中获取的鳞片本体(2)按预定排布方式布置在翼型本体(1)的减阻区内，并进行三维建模以获得叶轮叶片。2.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法，其特征在于，所述鳞片本体(2)的外轮廓包括：第一基段(21)，位于鳞片本体(2)前端；第二基段(22)以及第四基段(24)，分别与第一基段(21)两端相连且相对于第一基段(21)对称布置；第三基段(23)，位于鳞片本体(2)后端，且两端分别与第二基段(22)以及第四基段(24)相连；第一基段(21)、第二基段(22)、第三基段(23)以及第四基段(24)均呈弧线状；第一基段(21)与第三基段(23)的弧口相对布置，第二基段(22)与第四基段(24)的弧口相对布置。3.根据权利要求2所述的一种仿生鱼鳞结构的叶轮叶片减阻方法，其特征在于，所述第一基段(21)的曲线函数为：其中4.699≤a≤4.772；
‑
0.688≤b≤
‑
0.756；0.0355≤c≤0.385；0.669≤d≤0.689；所述第二基段(22)的曲线函数为：其中1.899≤e≤2.012；
‑
0.021≤f≤
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0.011；
‑
0.9927≤g≤
‑
0.7622；
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3.001≤h≤
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2.788；所述第三基段(23)的曲线函数为：其中0.779≤i≤0.989；
‑
0.544≤j≤
‑
0.416；所述第四基段(24)的曲线函数为：其中9527≤k≤9677；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕浩，谢腾洲，苏晓珍，陈亮，王守印，祁风雷，周岭，邓枨严，孙梦雨，陈时华，徐涛，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：