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基于粗糙集理论的螺旋桨设计规则提取

航空动力学报 2023年第8期38卷 1901-1908页

作者：胡豹高永卫魏斌斌西北工业大学航空学院西安710072 西安交通大学航天航空学院西安710049

不同于由专家通过理论推导或经验得到设计规则的传统方法,提出了数据驱动的螺旋桨设计规则提取方法。使用粗糙集理论对螺旋桨优化设计过程中产生的大量方案数据进行分析,发展了适当的属性表示方法和属性离散方法。结果表明:在对两类不... 详细信息

不同于由专家通过理论推导或经验得到设计规则的传统方法,提出了数据驱动的螺旋桨设计规则提取方法。使用粗糙集理论对螺旋桨优化设计过程中产生的大量方案数据进行分析,发展了适当的属性表示方法和属性离散方法。结果表明:在对两类不同参数螺旋桨型号的研究中,均提取出了“当各剖面诱导速度的差异越小时,螺旋桨效率越高”的设计规则,这一规则与Betz条件相当,验证了方法的有效性。基于数据驱动的螺旋桨设计规则提取方法可为后续三维设计规则的发现和优化设计研究提供技术支持,该思想也可供其他设计领域参考。

关键词：规则提取螺旋桨设计数据驱动粗糙集理论 Betz条件

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氢能通用飞机螺旋桨设计与验证方法研究

氢能通用飞机螺旋桨设计与验证方法研究

作者：吴承雨沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

氢能源是21世纪人们发现的清洁、高效、可再生的能源,随着全球氢能领域的大力发展,发展氢能航空势在必行,但氢能通用飞机和普通燃油通用飞机在设计上还是有很大的区别。其中氢能通用飞机在结构设计、氢气储存模块设计、推进动力模块设... 详细信息

氢能源是21世纪人们发现的清洁、高效、可再生的能源,随着全球氢能领域的大力发展,发展氢能航空势在必行,但氢能通用飞机和普通燃油通用飞机在设计上还是有很大的区别。其中氢能通用飞机在结构设计、氢气储存模块设计、推进动力模块设计均具有很大的挑战和困难。本文主要目的是设计出一款氢能通用飞机的螺旋桨,并对其进行相关的仿真和试验研究,主要研究内容包括:(1)进行了国内外氢能通用飞机发展现状和氢能通用飞机螺旋桨研究进展的综述。(2)对螺旋桨基本理论、螺旋桨设计方法、螺旋桨气动性能计算技术做出了总结和归纳,最终选择基于叶素理论的螺旋桨设计方法设计螺旋桨,选择MRF方法计算螺旋桨气动性能。(3)选择了合适的翼型、螺旋桨直径,采用基于叶素理论的螺旋桨设计方法,设计了四座氢能通用飞机螺旋桨,获得了沿径向分布的弦长和安装角,建立了固定桨距螺旋桨(X1930)和地面可调桨距螺旋桨(X1930-New)模型。(4)采用MRF方法,计算了X1930螺旋桨,X1930-New螺旋桨的气动性能,并与W80CM8螺旋桨、ST76螺旋桨、76EM8螺旋桨进行了对比。为验证MRF方法的计算精度,开展了X1930螺旋桨和W80CM8螺旋桨缩比模型的风洞试验。并开展了W80CM8螺旋桨、76EM8螺旋桨和ST76螺旋桨的地面试验。(5)基于高频电动振动试验系统,采用谐振搜索与驻留方法,测量出三型螺旋桨的固有频率,这三型螺旋桨的第一阶固有频率均超过工作转频,可保证螺旋桨在爬升和巡航状态下平稳运行,在工作转速范围内不会发生共振。结果表明:X1930和X1930-New两叶螺旋桨的直径为1.93m,最大弦长为162mm,最大安装角为34.1°。当风速为0时,X1930-New螺旋桨的拉力最大为4336N;ST76螺旋桨拉力最小为2769N;X1930螺旋桨功率最大为179.6kw;76EM8螺旋桨功率最小为129.1kw,在风速为50m/s时,X1930-New螺旋桨效率最高;W80CM8螺旋桨效率最低,其气动性能的CFD计算结果与风洞试验结果具有较好的一致性。本文设计的X1930型螺旋桨的第一阶固有频率为51.81Hz,在工作转速范围内不会发生共振。X1930和X1930-New螺旋桨可以满足氢能通用飞机的要求。本文的研究成果进一步加强了螺旋桨设计的理论基础,本文的螺旋桨设计方法可用于涵道螺旋桨、无人机旋翼、直升机旋翼、直升机尾桨、倾转旋翼、共轴旋翼的设计。

关键词：氢能通用飞机螺旋桨设计 MRF方法风洞试验效率

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考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法研究

船舶力学 2017年第5期21卷 541-548页

作者：李子如贺伟李廷秋陈克强武汉理工大学交通学院武汉430063

船用螺旋桨工作在低速重负荷工况、或采用大侧斜几何型式或采用复合材料时,其流固耦合现象较为突出,螺旋桨设计中若无法准确考虑其间的水弹性影响,将会造成船机桨失配及实船推进性能的错误预报。文章基于螺旋桨环流理论设计方法、螺旋... 详细信息

船用螺旋桨工作在低速重负荷工况、或采用大侧斜几何型式或采用复合材料时,其流固耦合现象较为突出,螺旋桨设计中若无法准确考虑其间的水弹性影响,将会造成船机桨失配及实船推进性能的错误预报。文章基于螺旋桨环流理论设计方法、螺旋桨流固耦合算法以及逐步逼近法,形成了一套可考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法,重点讨论了流固耦合中水动力载荷更新方式、逐步逼近法中预变形松弛因子的选择对设计结果的影响。通过大侧斜螺旋桨及复合材料螺旋桨设计实例,进一步阐述了在螺旋桨设计中考虑水弹性的必要性,也验证了所开发设计平台的有效性。该设计平台为后续复合材料螺旋桨的优化设计提供了基础。

关键词：螺旋桨设计水弹性复合材料大侧斜逐步逼近

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一种给定拉力分布的螺旋桨设计方法及应用

航空动力学报 2020年第6期35卷 1238-1246页

作者：郭佳豪周洲范中允西北工业大学航空学院西安710072

从螺旋桨设计出发,通过设计合适的螺旋桨,得到有利的螺旋桨滑流形式,进而改善螺旋桨/机翼构型中机翼的气动特性。通过改变螺旋桨径向拉力分布控制螺旋桨滑流,提出一种根据给定拉力分布进行螺旋桨设计的方法,并验证方法的可行性。将最小... 详细信息

从螺旋桨设计出发,通过设计合适的螺旋桨,得到有利的螺旋桨滑流形式,进而改善螺旋桨/机翼构型中机翼的气动特性。通过改变螺旋桨径向拉力分布控制螺旋桨滑流,提出一种根据给定拉力分布进行螺旋桨设计的方法,并验证方法的可行性。将最小能量损失设计的螺旋桨与不同拉力分布形式设计的螺旋桨应用于多螺旋桨/机翼构型中,研究螺旋桨变化对其后机翼气动特性的影响。结果表明:通过改变螺旋桨拉力分布能够改变螺旋桨滑流,进而改变后方机翼的气动特性。拉力分布较为和缓的螺旋桨,虽其本身效率有所下降,但能够对后方机翼带来增升减阻的效果,相比于最小能量损失设计结果,升阻比可提高9.94%。

关键词：螺旋桨设计滑流多螺旋桨/机翼多重参考系法混合网格

考虑破冰情况的极地甲板运输船螺旋桨设计研究

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中国造船 2017年第3期58卷 59-67页

作者：刘洋浩梁艳楠孙海素上海船舶研究设计院上海201203

针对具有破冰能力的极地甲板运输船螺旋桨提出了一种设计方法。设计满足国际船级社协会的Polar Class规范及俄罗斯船级社RMRS规范。在设计过程中,应用升力线理论进行设计,并结合升力面理论修正的方法,对设计结果进行了规范公式要求的计... 详细信息

针对具有破冰能力的极地甲板运输船螺旋桨提出了一种设计方法。设计满足国际船级社协会的Polar Class规范及俄罗斯船级社RMRS规范。在设计过程中,应用升力线理论进行设计,并结合升力面理论修正的方法,对设计结果进行了规范公式要求的计算校核,进一步又通过直接计算方法对其进行了PC规范的强度校核;在多种校核结果指导下调整了螺旋桨的某些设计细节,使螺旋桨强度达到规范的要求。并在此基础上对安装该桨的工况进行航速预报,结果表明:航速达到设计要求。说明本文的设计方法可用于具有破冰能力的极地甲板运输船的螺旋桨设计。

关键词：螺旋桨设计破冰强度校核有限元计算

融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和水动力性能预报中的应用

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上海交通大学学报 2011年第4期45卷 486-493页

作者：杨琼方王永生黄斌刘登成海军工程大学船舶与动力学院武汉430033 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法... 详细信息

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均(RANS)模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点(低、高进速系数)其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.

关键词：船舶螺旋桨升力线理论雷诺时均模拟螺旋桨设计敞水性能空化性能

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指定压力分布的螺旋桨设计

船舶力学 2010年第1期14卷 10-19页

作者：李俊华唐登海董世汤中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

修改压力分布设计螺旋桨新型叶剖面来改进空化斗的工作已经进行多年,但是均基于薄翼理论进行二维剖面与三维叶剖面之间的转换。文中分别用B样条曲线和曲面表达二维剖面和三维桨叶,指定Eppler剖面的压力分布作为三维目标压力;将一个初始... 详细信息

修改压力分布设计螺旋桨新型叶剖面来改进空化斗的工作已经进行多年,但是均基于薄翼理论进行二维剖面与三维叶剖面之间的转换。文中分别用B样条曲线和曲面表达二维剖面和三维桨叶,指定Eppler剖面的压力分布作为三维目标压力;将一个初始螺旋桨用B样条曲线表达其0.8R处的剖面几何;建立算法调整0.8R剖面对应的B样条控制多边形,进而调整桨叶几何,使得0.8R处三维面元法预报压力逼近目标压力。文中最后还讨论了高负荷时该剖面的压力分布情况。

关键词： B样条新剖面设计空泡性能螺旋桨设计

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小型电动巡飞弹螺旋桨设计及气动分析

新能源航空

新能源航空 2023年第2期 64-71页

作者：张学文项松王颐赵为平沈阳航空航天大学辽宁省通用航空重点实验室辽宁通用航空研究院新能源通用飞机技术国家地方联合工程研究中心

为了提高电动巡飞弹巡航的时间，本文开展了电动巡飞弹螺旋桨气动特性研究。针对巡飞弹巡航过程中对螺旋桨的需求，基于高效率螺旋桨设计方法，完成了电动巡飞弹螺旋桨的气动外形设计。基于MRF方法，针对螺旋桨在不同巡航速度下进行了... 详细信息

为了提高电动巡飞弹巡航的时间，本文开展了电动巡飞弹螺旋桨气动特性研究。针对巡飞弹巡航过程中对螺旋桨的需求，基于高效率螺旋桨设计方法，完成了电动巡飞弹螺旋桨的气动外形设计。基于MRF方法，针对螺旋桨在不同巡航速度下进行了气动仿真计算，获得了拉力、功率、效率等性能参数。根据获得的数据以及云图对螺旋桨进行了气动性能分析。仿真计算结果表明：在巡航状态(V=50 m/s,n=6 000 rpm)时，螺旋桨产生拉力27 N,效率为81%。可以有效的提高电动巡飞弹的巡航时间，降低功耗，节省电能。

关键词：电动巡飞弹螺旋桨设计气动特性分析

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中低空太阳能无人机高效螺旋桨设计方法

航空工程进展 2022年第4期13卷 83-90,123页

作者：邱辉壮江善元钟伯文南昌航空大学飞行器工程学院南昌330063

目前对于常规螺旋桨和高空螺旋桨的设计较多,而对中低空太阳能无人机螺旋桨的研究很少,因此提出一种针对中低空太阳能无人机的高效率螺旋桨设计方法。根据太阳能无人机的飞行跨度曲线,选取爬升和主要巡航高度为设计点,首先基于Betz最小... 详细信息

目前对于常规螺旋桨和高空螺旋桨的设计较多,而对中低空太阳能无人机螺旋桨的研究很少,因此提出一种针对中低空太阳能无人机的高效率螺旋桨设计方法。根据太阳能无人机的飞行跨度曲线,选取爬升和主要巡航高度为设计点,首先基于Betz最小能量损失的设计准则和片条理论及其逆向推导,计算各设计点下的弦长与桨距角分布;然后根据飞行跨度曲线对各设计点的计算结果进行权值分配,得到最终的设计弦长与桨距角分布;最后基于CFD数值模拟方法,对设计的螺旋桨性能进行仿真计算。结果表明:与常规螺旋桨效率相比较,在允许功率范围下,本文设计的螺旋桨效率在整个任务周期的飞行包线内均有明显提升,满足设计要求;本文提出的高效螺旋桨设计方法具有较高的应用价值。

关键词：太阳能无人机螺旋桨设计最小能量损失片条理论飞行跨度曲线 CFD数值模拟