一种高效导管设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高效导管设计方法，涉及船舶推进系统设计领域。导管螺旋桨在重负荷的船舶上的应用越来越广泛，导管作为导管螺旋桨的关键部件之一，寻求高效的导管将是未来的研究方向。针对上述问题，本发明专利技术提出了一种基于导管参数化表达方法的的高效导管设计方法。本发明专利技术采用了参数化表达导管线型，并且采用CFD计算方法来设计高效导管。使用本发明专利技术方法可以方便、快捷地设计出高效率的导管。

【技术实现步骤摘要】
一种高效导管设计方法
本专利技术涉及船舶推进系统设计领域，尤其是一种螺旋桨导管的设计方法。
技术介绍
导管螺旋桨是船舶的一种推进工具，是指在螺旋桨周围加上导管，就成为导管螺旋桨。目前，导管螺旋桨在重负荷的船舶上的应用越来越广泛。导管是在螺旋桨的外周安装的一种固定的部件，导管壁的轴向截面呈机翼形，翼形的凸面朝向导管的内面，其前端的圆形边缘朝着运动方向，利用导管，可以改变通过螺旋桨的流体速度。导管作为全回转推进器的关键部件之一，直接影响了全回转推进器的效率，尤其是系泊状态的效率。目前比较常用的导管为No.19A导管等，对于导管的表达方式目前还没有形成参数化表达，同时还没有形成有效的高效导管的设计方法，无法使全回转推进器达到最高的效率。因此，寻求高效的导管已成为未来的研究方向。
技术实现思路
本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于导管参数化表达方法的高效导管设计方法。使用本方法可以方便、快捷地设计出高效率的导管。本专利技术的技术方案如下：一种高效导管设计方法，包括如下步骤：1)将导管线型分为导管内表面与导管外表面，其中导管内表面分为导管进口段、导管中间段以及导管出口段；定义P0(x0,y0)、P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)、P4(x4,y4)、P5(x5,y5)、P6(x6,y6)七个控制点；导管内表面由P0、P6、P1、P2、P3五点控制，其中导管进口段由P0、P6、P1三点控制，导管中间段由P1、P2两点控制，导管出口段由P2、P3两点控制；导管外表面由P0、P5、P4三点控制；定义控制点P1、P2、P3、P4、P5、P6的斜率分别为k1、k2、k3、k4、k5、k6；2)定义导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE；导管导边曲线为导边导圆的一段弧长，其中导圆原点定义为O(RLE,y0)，控制点P0与P5的夹角为α＝90度，控制点P0与P6的夹角为β＝45度；导管长径比为0.5，定义螺旋桨半径R＝1，则导管长度L为1，3)七个控制点P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别定义如下：P0:x0＝0,P1:x1＝0.4,y1＝0；P2:x2＝0.6,y2＝0；P3:x3＝1.0,P4:x4＝1,y4＝y3+RTE×2；P5:x5＝RLE·(1-cosα),y5＝y0+RLE·sinα；P6:x6＝RLE·(1-cosβ),y6＝y0-RLE·sinβ；4)斜率k1、k2、k3、k4、k5、k6分别定义如下：k1＝k2＝0；k5＝k4ork5＝0；k6＝-tanβ；5)除曲线采用导圆部分弧长构成，其他导管分段曲线均采用三次Hermite插值方法构成；导管剖面线型表达式为：导管外表面：fout2＝Hermite(P4,P5,k4,k5,x)(x5<x≤1.0)；导管内表面：fin2＝Hermite(P6,P1,k6,k1,x)(x6<x≤x1)；fin3＝Hermite(P1,P2,k1,k2,x)(x1<x≤x2)；fin4＝Hermite(P2,P3,k2,k3,x)(x2<x≤1.0)；6)采用CFD计算方法设计导管线型；7)根据导管剖面的线型表达式，通过导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE四个参数生成设计的导管线型；8)对生成的导管进行性能分析，如果是高效导管则结束设计；否则调整参数重新生成导管线型，直到得到高效导管。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术采用了参数化表达导管线型，并且采用CFD(计算流体动力学)计算方法来设计高效导管，计算效率高，是一种简单、快捷的高效导管设计方法。附图说明图1是导管剖面线型控制点示意图。图2是给定进口面积系数，不同出口面积系数下参数化生成的导管剖面线型。图3是给定出口面积系数，不同进口面积系数下参数化生成的导管剖面线型。图4是高效导管的设计流程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。如图1所示，导管线型分为导管内表面与导管外表面，其中导管内表面分为导管进口段、导管中间段以及导管出口段。为了精细化表达导管线型，共采用P0(x0,y0)、P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)、P4(x4,y4)、P5(x5,y5)及P6(x6,y6)七个控制点。其中导管内表面由P0、P6、P1、P2、P3共计5个点控制，而导管外表面由P0、P5及P4三点控制。P1、P2、P3、P4、P5、P6控制点的斜率分别为k1、k2、k3、k4、k5、k6。采用导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE来确定导管导边及导管随边附近的控制点。导管导边曲线为导边导圆的一段弧长，其中导圆原点定义为O(RLE,y0)，P0与P5的夹角为α＝90度，P0与P6的夹角为β＝45度。除了曲线采用导圆部分弧长构成，其他导管分段曲线均采用三次埃尔米特(Hermite)插值方法。导管长径比为0.5，定义螺旋桨半径R＝1，则导管长度L为1，7个控制点定义如下：P0:x0＝0,P1:x1＝0.4,y1＝0；P2:x2＝0.6,y2＝0；P3:x3＝1.0,P4:x4＝1,y4＝y3+RTE×2；P5:x5＝RLE·(1-cosα),y5＝y0+RLE·sinα；P6:x6＝RLE·(1-cosβ),y6＝y0-RLE·sinβ；k1、k2、k3、k4、k5、k6定义如下：k1＝k2＝0；k5＝k4ork5＝0；k6＝-tanβ；导管剖面线型表达式可表达为：导管外表面：fout2＝Hermite(P4,P5,k4,k5,x)(x5<x≤1.0)；导管内表面：fin2＝Hermite(P6,P1,k6,k1,x)(x6<x≤x1)；fin3＝Hermite(P1,P2,k1,k2,x)(x1<x≤x2)；fin4＝Hermite(P2,P3,k2,k3,x)(x2<x≤1.0)；根据导管剖面的线型表达式可知，形成导管剖面线型的参数即为导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE以及随圆半径RTE。图2和图3是采用本专利技术的导管设计实例。其中，图2是给定进口面积系数，不同出口面积系数下参数化生成的导管剖面线型。图3是给定出口面积系数，不同进口面积系数下参数化生成的导管剖面线型。图4给出了基于导管参数化表达方法的高效导管的设计流程。在获得导管的参数化表达后，采用现有的CFD计算方法设计导管线型，并通过导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE四个参数生成设计的导管线型。随后对生成的导管进行性能分析，如果是高效导管则结束设计；否则调整参数重新生成导管线型，直至得到高效导管为止。以上所述的仅是本专利技术的优选实施方式，本专利技术不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本专利技术的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效导管设计方法，其特征在于包括如下步骤：1)将导管线型分为导管内表面与导管外表面，其中导管内表面分为导管进口段、导管中间段以及导管出口段；定义P0(x0,y0)、P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)、P4(x4,y4)、P5(x5,y5)、P6(x6,y6)七个控制点；导管内表面由P0、P6、P1、P2、P3五点控制，其中导管进口段由P0、P6、P1三点控制，导管中间段由P1、P2两点控制，导管出口段由P2、P3两点控制；导管外表面由P0、P5、P4三点控制；定义控制点P1、P2、P3、P4、P5、P6的斜率分别为k1、k2、k3、k4、k5、k6；2)定义导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE；导管导边曲线为导边导圆的一段弧长，其中导圆原点定义为O(RLE,y0)，控制点P0与P5的夹角为α＝90度，控制点P0与P6的夹角为β＝45度；导管长径比为0.5，定义螺旋桨半径R＝1，则导管长度L为1，3)七个控制点P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别定义如下：P0:x0＝0,y0=Ain-R;]]>P1:x1＝0.4,y1＝0；P2:x2＝0.6,y2＝0；P3:x3＝1.0,y3=Aout-R;]]>P4:x4＝1,y4＝y3+RTE×2；P5:x5＝RLE·(1‑cosα),y5＝y0+RLE·sinα；P6:x6＝RLE·(1‑cosβ),y6＝y0‑RLE·sinβ；4)斜率k1、k2、k3、k4、k5、k6分别定义如下：k1＝k2＝0；k3=y3-y2x3-x2;]]>k4=y5-y4x5-x4;]]>k5＝k4 or k5＝0；k6＝‑tanβ；5)除曲线采用导圆部分弧长构成，其他导管分段曲线均采用三次Hermite插值方法构成；导管剖面线型表达式为：导管外表面：P0P5‾:]]>fout1=y0+RLE2-(x-RLE)2,(0≤x≤x5);]]>fout2＝Hermite(P4,P5,k4,k5,x) (x5<x≤1.0)；导管内表面：P0P6‾:]]>fin1=y0-RLE2-(x-RLE)2,(0≤x≤x6);]]>fin2＝Hermite(P6,P1,k6,k1,x) (x6<x≤x1)；fin3＝Hermite(P1,P2,k1,k2,x) (x1<x≤x2)；fin4＝Hermite(P2,P3,k2,k3,x) (x2<x≤1.0)；6)采用CFD计算方法设计导管线型；7)根据导管剖面的线型表达式，通过导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE四个参数生成设计的导管线型；8)对生成的导管进行性能分析，如果是高效导管则结束设计；否则调整参数重新生成导管线型，直到得到高效导管。...

【技术特征摘要】
1.一种高效导管设计方法，其特征在于包括如下步骤：1)将导管线型分为导管内表面与导管外表面，其中导管内表面分为导管进口段、导管中间段以及导管出口段；定义P0(x0,y0)、P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)、P4(x4,y4)、P5(x5,y5)、P6(x6,y6)七个控制点；导管内表面由P0、P6、P1、P2、P3五点控制，其中导管进口段由P0、P6、P1三点控制，导管中间段由P1、P2两点控制，导管出口段由P2、P3两点控制；导管外表面由P0、P5、P4三点控制；定义控制点P1、P2、P3、P4、P5、P6的斜率分别为k1、k2、k3、k4、k5、k6；2)定义导管进口面积系数Ain、导管出口面积系数Aout、导圆半径RLE及随圆半径RTE；导管导边曲线为导边导圆的一段弧长，其中导圆原点定义为O(RLE,y0)，控制点P0与P5的夹角为α＝90度，控制点P0与P6的夹角为β＝45度；导管长径比为0.5，定义螺旋桨半径R＝1，则导管长度L为1；3)七个控制点P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别定义如下：P1:x1＝0.4,y1＝0；P2:x2＝0.6,y2＝0；P4:x4＝1,y4＝y3+RTE×2；P5:x5＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑，丁恩宝，辛公正，刘登成，曹庆明，刘小龙，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七○二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32