基于PRO_E软件的船用螺旋桨建模

第 32 卷第 1 期江苏船舶Vol 32No 1 2015 年 2 月 JIANGSU SHIPFeb 2015 基于 PO/E 软件的船用螺旋桨建模 汪涛 1， 张继光2 ( 1 江苏省船舶设计研究所有限公司， 江苏 镇江 212003; 2 高邮市交通运输管理局， 江苏 高邮 225000) 摘要: 结合螺旋桨结构特点及 Pro/E 功能特点， 作出基于此软件的螺旋桨建模的方法。在建模后对原始设计 坐标点及各几何参数、 特性参数进行检查， 及时修正数据， 并光顺。对于无图谱的螺旋桨或者桨叶更复杂的螺旋 桨， 能比经验公式得到更精确的物理几何参数。 关键词: 船用螺旋桨; 螺旋桨模型; Pro/E 软件 中图分类号: U664 33文献标识码: A 1螺旋桨建模特点分析 螺旋桨由桨毂和若干径向固定于桨毂上的桨叶 所组成的推进器， 桨叶的叶面呈螺旋曲面形( 既定 螺距或变螺距) ， 叶片厚薄不均。由于桨叶几何形 状的复杂性， 在使用经验计算的各分析结果和加工 工艺时， 其误差往往较大， 对实船的航速有决定性的 影响， 因此建立精细化的船用螺旋桨三维模型为实 现螺旋桨细化分析和精加工提供基础。 螺旋桨的桨毂是标准的回转体， 其建模较简单。 而桨叶是个复杂的曲面， 其参数包括: 每个剖面的半 径 r， 螺距 P、 纵倾角 、 伸张轮廓面上各型值点相对 于基准点的定位值和导边、 随边到中心线的距离。 本建模方法主要依据型值表和其他参数来建模。 2桨叶三维建模简介 根据某船 B 型螺旋桨举例来介绍其三维模型 的大致方法。表 1 为桨叶切面型值表。 表 1桨叶切面型值表 mm 叶 背 坐 标 最大厚度到随边最大厚度到导边 r/100%80%60%40%20%20%40%60%80%90%95%100% 0209 717 223 428 0311317298266218185163119 0307 314 620 524 827728126123018615413389 0404 511 917 521 624224322619515412210261 0501 99 214 618 3206206191162122897036 0600 97 111 815 0171173159130916 14518 0705 59 311 9135136124101684632 0804 27 08 81001008871493323 0903 04 65 864645846302015 叶 面 坐 标 0209 75 93 51 805010924507084119 0307 33 51 70 500041331465789 0404 51 50 4010415253461 0501 90 40104091536 0600 9010318 ( 1) 根据表 1 桨叶切面型值表， 可查出在每一 个 r( 0 21 0( 为螺旋桨半径) ) 的参数下 对应的桨叶切面的最大厚度、 导边至最大厚度的距 离、 中心线至导边和随边的距离、 桨叶切面的宽度、 收稿日期: 2014- 09- 11 作者简介: 汪涛( 1981 ) ， 男， 工程师， 主要从事轮机工程; 张继光 ( 1978 ) ， 男， 助理工程师， 从事交通运输管理。 从导边起的距离、 叶背坐标、 叶面坐标， 分别取若干 个叶背、 叶面坐标点， 将各坐标点连接为叶背和叶面 2 条曲线， 考虑各剖面的下螺距角， 以及螺旋桨的纵 倾角。 ( 2) 绘制各切面半径处的圆柱面， 再分别将不 同半径处的切面曲线通过软件的缠绕或者垂直曲面 投影功能做到相应的圆柱曲面上。 第 1 期汪涛等: 基于 PO/E 软件的船用螺旋桨建模29 ( 3) 利用边界混合及合并等工具， 将曲线形成 曲面。 ( 4) 将曲面实体化。 3螺旋桨叶三维曲面建模过程 ( 1) 建模前， 以图 1( b) 螺旋桨伸张轮廓图的中 心线为基准， 等距离偏移， 与叶面线和叶背线相交得 到若干交点。这些交点其实与桨叶切面型值表对 应， 可得到各半径下这些交点分别到中心线的距离。 同时在图中也可量得， 桨叶纵倾角下个半径处叶面 线和叶背线到中心线偏移的距离。 ( 2) 建立基准平面、 坐标系及基准轴， 根据软件 的缺省基准平面， 创建一与系统自动生成 TOP 基准 面平行的基准平面 DTMI。 ( 3) 建立各剖面半径处的拉伸圆柱面， 基准平 面使用曲面拉伸的方式， 以 TOP 基准平面为绘图平 面， 分别绘制以( 0 2， 0 3， ， 0 95 ， 1 0) 为半 径的圆柱面， 并分别命名为拉伸 2( 代表 0 2) ， 拉 伸 3( 代表 0 3) ， 以此类推。 图 1螺旋桨图( 单位: mm) ( 4) 草绘各剖面半径处切面曲线， 如图 2 所示。 创建与系统自动生成 right 平面平行， 距离等于 各半径的草绘平面。根据螺旋桨绘图原理， 先依据 螺距， 计算该半径下的螺距角， 做一条倾斜的中心 线， 角度为螺距角。因螺旋桨具有一定的纵倾角， 各 切面中心线至基准中心的距离不一样， 这些都要在 图中表现出来。将叶面线和叶背线各交点到中心线 的值， 带入草绘图中， 形成若干坐标点， 用曲线命令 分别将各坐标连接。需要注意， 要根据 CAD 图， 分 别形成叶面曲线和叶背曲线 2 根曲线， 而不是将坐 标点连成 1 根， 其中还需要完成桨叶最小半径 0 1 处切面曲线的绘制。由于大部分图谱中只反映 0 2处的型值， 假如只做 0 2， 到后面实体的生成 会发现桨毂和桨叶只有部分是相交的， 而对于复杂 的曲线和曲面， 该软件不能做到延伸， 只能尽可能将 最小半径的切面曲线做出来。对于 0 1 处的切面 形状需要用到其他的软件或者工具进行插值计算， 这里不再叙述。 图 2草绘剖面半径处切面曲线 ( 5) 通过包络工具， 分别将完成后的曲线缠绕 到相应切面处的拉伸曲面上， 完成不同半径处圆柱 面上的缠绕曲线。利用曲线命令， 将导边和随边的 关键点连接起来形成导边和随边， 利用 Pro/E 的边 界混合功能自下而上分别将叶面、 叶背曲线形成曲 面， 用曲面修剪命令分别将最小半径和最大半径处 的曲线修剪形成叶根和叶梢处的曲面。这样该 B 型桨的外部曲面就由叶面、 叶背、 叶根和叶梢 4 个曲 面组成。有的桨叶导边和随边是有厚度的， 做模型 时就要考虑将导边和随边也做成曲面。桨叶轮廓图 如图 3 所示， 图 3 中序号 1 11 为各剖面半径处的 切面曲线。 4桨叶实体化和阵列及螺旋桨的完成 使用软件的实体化工具将曲面转化为实体， 再 用阵列命令将实体化的桨叶阵列为 5 个桨叶。桨毂 部分是旋转体， 只需在 front 平面根据图 1( a) 中的 桨毂尺寸草绘画出半个桨毂图形， 再用旋转命令形 成实体， 将多出的叶根修剪掉， 最后倒圆角， 建模完 成。螺旋桨三维图如图 4 所示。 5结语 本三维模型完全根据螺旋桨图谱的设计原则及 Pro/E 强大的曲面功能， 在建模过程中采用缠绕或 投影的方式完全符合了螺旋桨桨叶曲面的成型特点 及现有二维系列伸张轮廓展开图。此方法建模直 观， 便于修改。根据此建模方法， 利用软件的兼容性 高等特点， 可快速得到螺旋桨的三维实体模型， 相比 于经验公式更准确。对于后续建立三维螺旋桨图 库、 变螺距螺旋桨或者无图谱的螺旋桨的设计及制 作， 以及相应的仿真分析， 对比各物理几何参数都有 很大的帮助。 30江 苏 船 舶第 32 卷 图 3桨叶轮廓图 图 4螺旋桨三维图 参考文献: 1王国强， 盛振邦 船舶推进( 修订本) M 上海: 交通大学出版 社， 1985 2林清安 POE 多媒体教程高级篇M 北京: 清华大学出版 社， 檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰 2005 ( 上接第 24 页) 图 11舱壁位置边界内部压力的无因次压力分布图 3结论 本文根据 IGC 规则相应内容， 具体详细展开了 LNG 液货舱边界压力计算过程， 利用自行编制的相 应计算机程序， 对相应算例进行计算和分析， 得到了 液货舱边界的内部压力随横向、 垂向以及纵向的变 化规律: ( 1) 内底板和内甲板位置的内部压力从中线位 置到舷侧方向具有逐渐增大的变化趋势。 ( 2) 下倾板、 内壳板和上倾板的内部压力从下 到上方向具有逐渐减小的变化趋势。 ( 3) 同一液货舱相同横向、 垂向位置的内部压 力沿船长方向具有先减小后增大的变化趋势。 本文的推导展开对相关设计人员进行计算提供 了有益的参考， 对液货舱压力计算为结构设计与校 核提供依据。 参考文献: 1唐海龙， 胡辉 我国沿海小型 LNG 船运输业务发展策略J 水运管理， 2011( 5) : 3 5 2顾安忠 迎向 “十二五” 中国 LNG 的新发展J 天然气工业， 2011( 6) : 1 11 3陈建国， 楼丹平， 张丽萍 LNG 船建造技术的消化吸收与自主 创新J 上海造船， 2010( 1) : 22 24 4中国船级社 散装运输液化气体船舶构造