前言

船用螺旋槳某種程度上作為旋轉(zhuǎn)機械的一員，一直是CAESES優(yōu)化的重要應(yīng)用領(lǐng)域，用戶可以通過CAESES靈活的對螺旋槳進行參數(shù)化控制，進而實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目的。本文針對螺旋槳參數(shù)化方式做一個簡單歸類總結(jié)，希望對剛剛接觸CAESES螺旋槳參數(shù)化的用戶有所啟發(fā)。

一、螺旋槳參數(shù)化

螺旋槳參數(shù)化一種核心方式是通過CAESES所特有的curve engine 與meta surface來構(gòu)建，構(gòu)建每個徑向位置處（r/R）的葉片剖面，最終生成對應(yīng)的三維螺旋槳曲面，總體思路可參考如下流程：

圍繞以上內(nèi)容，螺旋槳參數(shù)化過程中可以有一些變化，相關(guān)內(nèi)容分成幾個方面：

 

二、螺旋槳控制參數(shù)參考

影響螺旋槳性能的參數(shù)很多，就我們熟悉的參數(shù)主要分兩類，

控制每個徑向位置r/R的葉片剖面形狀的參數(shù)（NACA4DS為例）：

Chord弦長

Thickness厚度

Camber拱度

Max Camber Position最大拱度位置

 

控制每個徑向位置剖面的空間位置的參數(shù)：

Pitch螺距

Skew側(cè)斜

Rake縱斜

 

三、二維葉片剖面形狀參數(shù)化定義

二維葉片剖面形狀參數(shù)化定義可以采用多種方式實現(xiàn)：

1）CAESES內(nèi)置了NACA4DS翼型，亦在feature中可以直接引用NACA4DS類型。

通過NACA4DS定義的話，參數(shù)一般為Chord弦長，Thickness厚度，Camber拱度，Max Camber Position最大拱度位置四個。

除了通過內(nèi)置的NACA4DS曲線定義翼型，亦可以用戶自定義，例如通過generic curve定義。這樣就可以通過函數(shù)自定義剖面形式，以下例子是厚度分布的函數(shù)定義參考，這里最大厚度可以作為設(shè)計參數(shù)。

2）此外CAESES中還內(nèi)置多種NACA翼型，例如常用的NACA66等翼型，不過由于是封裝內(nèi)置，用戶只能選擇，在使用靈活度上有所缺失。

3）另外，如果已知剖面形狀亦可以直接導(dǎo)入曲線信息，例如從文獻或網(wǎng)上得知特殊NACA翼型，可以直接導(dǎo)入CAESES。（一般定義為弦長0~1的無量綱翼型，導(dǎo)入后可根據(jù)chord進行縮放）

 

 

除了直接導(dǎo)入整個翼型，也可以分別導(dǎo)入中弧線和厚度分布，即分別導(dǎo)入camber line 和thickness distribution曲線，生成剖面形狀。

四、特征參數(shù)曲線的定義

在CAESES中，用來控制螺旋槳徑向參數(shù)主要由特征參數(shù)曲線控制，通過調(diào)整特征參數(shù)曲線，曲線控制參數(shù)的分布規(guī)律，從根部到頂部，X坐標從0-1對應(yīng)相對半徑位置，Y坐標就是相應(yīng)參數(shù)的具體數(shù)值，以實現(xiàn)控制螺旋槳幾何的目的。下圖是從0.2r到1.0r的控制曲線示例：

五、螺旋槳葉片幾何的生成

葉面幾何的生成，可以通過generic blade的方式生成螺旋槳的幾何，結(jié)合上述流程，再次總結(jié)

也可以自定義各個r/R位置的二維葉剖面形狀，同過空間轉(zhuǎn)化（一般會用到cylinder transformation）將平面轉(zhuǎn)換到圓柱面，變成三維曲線，，最終使用lofted  surface功能生成螺旋槳葉片曲面。

 

六、螺旋槳專屬格式PFF

CAESES支持一種名為PFF的數(shù)據(jù)格式，通過PFF格式可以導(dǎo)入和導(dǎo)出螺旋槳文件。PFF格式已被船舶和螺旋槳設(shè)計公司以及船級社廣泛使用。

導(dǎo)入后，CAESES中會自動生成對應(yīng)的特征參數(shù)曲線，我們可以根據(jù)設(shè)計需要指定新的特征參數(shù)曲線，進而得到新的螺旋槳設(shè)計。

使用CAESES進行螺旋槳優(yōu)化的一般步驟，如下參考：

 

七、螺旋槳的幾何逆向

1）Blade Analysis

CAESES中提供了自帶的blade analysis功能，針對導(dǎo)入的螺旋槳幾何進行自動的逆向分析，自動生成對應(yīng)的參數(shù)化模型，用戶可以基于生成的參數(shù)化模型進行進一步的分析優(yōu)化工作。需要注意的是blade analysis中，使用NAC66作為默認的剖面形式，這樣某種程度上限制了該工具的應(yīng)用范圍。

2）螺旋槳逆向的定制化開發(fā)

由于不同用戶各自槳型不同，產(chǎn)品開發(fā)的側(cè)重點也不禁相同，所以沒有一個很好的通用逆向工具可以實現(xiàn)所有用戶的需要，用戶可以根據(jù)本身槳型做針對性的逆向工具開發(fā)，這些應(yīng)用已經(jīng)在部分用戶上取得了不錯的效果。

 八、總結(jié)

以上就是對螺旋槳CAESES參數(shù)化的一個簡單總結(jié)與劃分，用戶可以選擇對應(yīng)合適的方式進行螺旋槳的參數(shù)化，希望可以對各位有所啟發(fā)。