基于UGGrip的船用螺旋桨三维建模关键技术

第35卷　第4期大连海事大学学报Vol.35　N o.4 2009年11月Journal of Dalian Maritime University N ov.,　2009

文章编号:1006-7736(2009)04-0121-03

基于UG Grip的船用螺旋桨三维建模关键技术

程　东1,朱新河1,邓金文2

(1.大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连　116026;　2.中国船级社广州分社,广州　510000)

摘要:为建立精确的船用螺旋桨三维模型,采用UG Grip二次开发技术探讨了船用螺旋桨三维建模的关键技术,实现了对桨叶叶尖、导(随)边缘过渡、防鸣音随边、根部过渡等关键部位的合理处理,建立了精确的三维螺旋桨模型.

关键词:船用螺旋桨;三维模型;UG G rip;防鸣音

中图分类号:U664.31 文献标志码:A

Key technologies for3D modeling of marine

propeller based on UG Grip

CHENG Dong,ZHU Xin-he,DENG Jin-wen

(1.Marine Eng ineering College,Dalian M aritime University,

Dal ian116026,China;2.Guangzhou B ranch,China Classification

Society,Guangzhou510000,China)

A bstract:T o establish a precise3D model of marine propeller, the key technolo gies fo r3D modeling of marine propeller were studied by using UG G rip seco ndary development,and a precise 3D model with co rrect treatment of blade tip,fillets of leading edge and trailing edge,anti-singing edge and blade root fillets w as established.

Key words:marine propeller;3D mo del;UG G rip;anti-sing ing

0　引　言

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[1-4],但所建模型均未涉及叶尖、导(随)边缘过渡、防鸣音处理、根部过渡等关键技术.目前常用的三维模型设计软件主要有Pro E、UG NX、MDT 等.其中,UG NX(UG)是当今世界上先进的、紧密集成的、面向制造业的三维CAD CAM CAE高端软件之一,被众多制造商广泛应用于工业设计、工程仿真和数字化制造等领域.尤其是UG Grip的二次开发功能为用户提供了方便和功能扩展的空间.因此,本文拟采用UG Grip的二次开发技术自动实现螺旋桨的三维建模,并对桨叶的边缘和根部等关键部位进行合理处理,以建立精确的船用螺旋桨三维模型.

1　船用螺旋桨三维建模的关键技术

1.1　螺旋桨三维造型方法

螺旋桨三维建模时,通常先建立桨叶的模型,再进行桨毂的造型,然后进行两者之间的过渡连接.桨叶的形状由轮廓参数和型值参数决定.桨叶轮廓参数主要包括截面半径、螺距、后倾值(角)等

.

图1　桨叶截面参数

图1为桨叶截面型值参数示意图.图中C为叶截面型宽,CLE为导边到基线的距离(辐射参考系的距离),SS为吸力面型值点到螺距线的距离,PS 为压力面型值点到螺距线距离.造型时先构造出压力面和吸力面曲线,再对导边和随边进行过渡圆角处理.其中RLE、R TE为导边和随边的过渡圆角半径,Y TE、Y LE为过渡圆圆心到螺距线的距离.

建立三维模型时,需将二维型值点转换为三维空间坐标点,再在立体空间中构造出桨叶的各个截面轮廓,然后利用BSURF命令构造出整个桨叶的外表面.三维空间坐标转换公式如下[5]:

x=r cos(

(l-h tan)cos

r

)

收稿日期:2009-08-25.

作者简介:程　东(1972-),男,安徽宿州人,博士,副教授,E-mail:chddmu@.

y =r sin ((l -h tan )cos

r )

z =P θ2π

+h cos -r tan φ

θ=

(l -h tan )cos

r

其中:r 为切面半径;h 为型值点到螺距线的距离;l

为型值点到基线的距离; 为螺距角;φ为后倾角;P 为螺距.

螺旋桨工艺型值参数较多,人工输入较为繁琐.为此,可事先将上述参数存入一个tx t 文件,然后利用FETCH 命令在执行程序时读出上述数据,便可实现模型的自动建立.1.2　导边、随边过渡圆的处理

螺旋桨叶片切面运转于非均匀的尾流场中,叶切面边缘处圆弧的大小对螺旋桨的性能有极大的影响,特别对空泡性能的影响较大.因此螺旋桨边缘的圆弧处理正确与否,将严重影响螺旋桨的性能.通常设计单位只提供螺旋桨轮廓参数和叶面型值参数,桨叶边缘部分没有型值点参数,只有过渡圆角半径和圆心,且各个半径处的圆角半径各不相同.

本文在二维坐标系统中首先根据各截面型值点构造出上下表面曲线,然后通过FILLET 指令根据已知的过渡圆角半径和圆心构造出过渡曲线.导边、随边过渡圆的圆心坐标分别为(RLE ,YLE )、(C -R TE ,Y TE ),如图2(a )所示.最后对过渡曲线进行离散处理,生成若干个点作为圆角部位的型值点[图2(b )],以便于与叶面、叶背的型值点拟合出各个半径处封闭的截面曲线

.

图2　桨叶边缘的过渡圆

1.3　随边抗鸣音处理

鸣音产生的主要原因是桨叶随边产生的漩涡频

率恰好与桨叶的固有频率相近,使叶片发生弹性振动.常用的抗鸣音处理方法有:

①加厚法:将桨叶随边中部加厚,使由桨叶随边

发出的一系列漩涡引起的振动频率低于桨叶本身的固有频率.

②减薄法:将桨叶随边中部减薄,使由桨叶随边发出的一系列漩涡引起的振动频率高于桨叶本身的固有频率.

③特殊构造法:特殊构造法有多种,可以在随边部分粘贴一排小圆块,或把桨叶随边做成锯齿形,或者将桨叶的随边做成抗鸣音边.

本文采用的抗鸣音边如图3所示.造型时先根据型值参数求出点A (0,TE 2)、点B (0,-TE 2)和m 点坐标(C -X TE ,0),通过m 点做一条垂直螺距线chord 的直线M 1M 2,求出直线M 1M 2与该截面的上下两条叶面曲线的交点M 1和M 2,连接M 1A 和M 2B ,对该两条直线进行离散,并在该两条直线上各选取4个点作为新的型值点.

图3　抗鸣音边

1.4　桨叶根部的过渡处理

完成叶根的过渡处理,建立一个完善的螺旋桨三维模型是实现后期数控加工和应力分析的基础.

图4　桨叶根部的过渡

为减少应力集中,设计时叶根部有时采用两个过渡半径.图4中,R I 为第一过渡半径,H 为该半径的过渡起始处;R II 为第二过渡半径.当只有一个过渡半径时,R I =0.另外,多数大型螺旋桨设计时只给出

最大截面的过渡半径R 0,而实际沿周向不同区域的过渡半径值不同.结合实际生产经验,本文所采用的过渡半径变化规律如图5所示(叶面、叶背相同).所

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