一种涵道螺旋桨的设计方法与流程

技术特征：
1.一种涵道螺旋桨的设计方法，其特征在于：包括s1、明确设计条件及初始设计参数；设计条件包括涵道与螺旋桨产生的拉力t，螺旋桨的工作转速n；初始设计参数包括螺旋桨桨径d、桨涵间隙δ和翼型；s2、设计螺旋桨桨径d；选取逐渐增大的多个螺旋桨桨径，并保持桨涵间隙不变，经cfd数值模拟，分别得到不同螺旋桨桨径的桨盘在转速n时的气动性能；通过与发动机输出特性曲线对比，选出与发动机最适配的螺旋桨桨径d；s3、设计桨涵间隙δ；分别对不同桨涵间隙的涵道螺旋桨在转速n时的气动性能进行数值模拟，确定桨涵间隙优选值；s4、设计翼型；螺旋桨桨叶参数化的前提为确定桨叶使用的翼型族及径向占位，并保持翼根、翼中部、翼尖弦长及涵道不变；在此前提下，通过cst型函数确定翼根、翼中部和翼尖截面翼型；除翼根、翼尖外，同时均匀取径向占位3-7个截面处的负扭转角作为优化变量，生成桨叶的参数化模型。2.根据权利要求1所述的涵道螺旋桨的设计方法，其特征在于：s4中，翼根、翼尖以及在翼中部均匀选取的五个径向占位截面处的负扭转角作为优化变量，通过matlab与icem的联合脚本文件实现生成桨叶的参数化模型。3.根据权利要求2所述的涵道螺旋桨的设计方法，其特征在于：s4中，cst型函数方法适用性强，用以参数化表征控制翼型，每个翼型上下表面各有7个型函数权值；经计算可以得到以该型函数族为基础外形函数的型函数权值，通过对权值进行扰动，即可改变控制截面的翼型：y
new
＝y
old
δy(x)控制截面翼型的改变体现为型函数权值的改变：其中δi为各型函数的权值的改变量。cst型函数方法通过叠加伯恩斯坦多项式来代表翼型，任意m阶伯恩斯坦多项式由以下m项构成：4.根据权利要求3所述的涵道螺旋桨的设计方法，其特征在于：使用梯度法实现涵道螺旋桨设计参数的迭代优化，可通过matlab优化工具包中函数实现，并在matlab中编写相应的优化程序，调用icem脚本参数化生成网格，调用fluent脚本自动求解流场，并输出文件反馈给matlab，从而构成整套优化程序，以实现快速、实时、高精度的三维外形优化设计。5.根据权利要求4所述的涵道螺旋桨的设计方法，其特征在于：使用梯度法实现涵道螺旋桨设计参数的迭代优化，调用优化函数如下：x＝fmincon(fun,x0,a,b,aeq,beq,lb,ub,options)其中x0为优化初值，x为最终优化结果，fun为目标函数，a、b、aeq和beq分别为不等式约束和等式约束的系数矩阵，lb和ub定义了自变量的取值范围，options定义了其余优化参数设置；优化的目标函数是系统升力系数cl，约束是力矩系数cm；优化变量是优化外形几何参
数化后得到的若干个权值系数；通过对优化变量施加δ变化，通过差分可得到目标函数cl和约束cm的梯度值。6.根据权利要求1所述的涵道螺旋桨的设计方法，其特征在于：还包括s5、设计涵道外形；将涵道体看作由一个翼型绕轴旋转一周所得到的几何体，涵道体的几何参数化问题可等效为二维翼型的几何参数化问题；使用非均匀有理b样条曲线(nurbs)结合特征参数描述法来实现涵道截面翼型的几何参数化。

技术总结
本发明公开了一种涵道螺旋桨的设计方法，包括S1、明确设计条件及初始设计参数；设计条件包括涵道与螺旋桨产生的拉力T，螺旋桨的工作转速n；初始设计参数包括螺旋桨桨径D、桨涵间隙δ和翼型；S2、设计螺旋桨桨径D；S3、设计桨涵间隙δ；S4、设计翼型；螺旋桨桨叶参数化的前提为确定桨叶使用的翼型族及径向占位，并保持翼根、翼中部、翼尖弦长及涵道不变；在此前提下，通过CST型函数确定翼根、翼中部和翼尖截面翼型；除翼根、翼尖外，同时均匀取径向占位3-7个截面处的负扭转角作为优化变量，生成桨叶的参数化模型。本发明的优点在于，迭代优化设计方法基于数值模拟，能够通过准确评估，提高涵道螺旋桨的气动效率。道螺旋桨的气动效率。道螺旋桨的气动效率。


技术研发人员：李泽宇 吴江浩 林海英 张建飞
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.11.09
技术公布日：2022/1/28