一种仿生翼型叶片的设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110598231A(43)申请公布日2019.12.20(21)申请号201910447256.X(22)申请日2019.05.27(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号(72)发明人燕浩李强张浩舟陈亮王秀礼夏巍石海峡(74)专利代理机构合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙)34118代理人王挺(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图7页(54)发明名称一种仿生翼型叶片的设计方法(57)摘要本发明公开了一种仿生翼型叶片的设计方法，属于叶轮设计及生产加工技术领域，其具体步骤为：根据鱼体三维扫描构件鱼体模型，通过模型上的坐标点数据进行修正，修正后获取模型最大厚度，根据模型上的坐标点以及最大厚度构建仿生翼型叶片的控制点坐标，根据设计要求确定需要设计仿生翼型叶片的最大厚度以及控制点坐标计算仿生翼型叶片外形曲线上的坐标点，将坐标点导入到三维设计软件中进行放样处理，生成仿生翼型叶片；通过上述设计方法设计出的仿生翼型叶片具有较好的升阻特性和水力性能，并且通过上述设计方法，可以设计不同最大厚度的仿生翼型，实用性强。CN110598231ACN110598231A权利要求书1/4页1.一种仿生翼型叶片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、点云数据的获取：对鱼体进行扫描获取三维数字模型，即鱼体的点云数据，将鱼体的点云数据导入到逆向工程软件中获取三维鱼体模型；S2、构建鱼体外形曲线以及确定鱼体长度M：建立坐标系，以鱼体吻突尖端作为坐标原点，以鱼体吻突尖端到鱼体以及鱼尾连接处的中心点之间的直线为X轴，根据步骤S1获取的三维鱼体模型为基础构建二维的鱼体外形曲线，其外形曲线包括鱼体的背部曲线和鱼体的腹部曲线；鱼体模型的吻突尖端到尾部尖端的直线投影在X轴上的长度即为鱼体长度M；S3、外形曲线的处理：以步骤S2建立的坐标系为基础，将获取的鱼体外形曲线沿X轴均匀等分k份，在X轴上获取包括原点在内的k+1个横坐标，鱼体的背部曲线以及鱼体的腹部曲线上共获取2(k+1)个坐标点，对获取的坐标点进行无量纲处理，得到无量纲坐标点，无量纲坐标点之间依次连接并进行光滑处理后获取光滑的鱼体外形曲线；S4、数据修正：根据步骤S3处理后得到光滑的鱼体外形曲线进行数据修正，包括头部数据修正、鱼鳍数据修正和尾部数据修正；数据修正后得到仿生翼型的外形曲线，仿生翼型的外形曲线包括仿生翼型的背部曲线和仿生翼型的腹部曲线，根据仿生翼型的外形曲线确定仿生翼型的最大厚度δmax；S5、以步骤S2的坐标系为基础，将仿生翼型的外形曲线均匀等分a份，在X轴上获取包括原点在内的a+1个横坐标，仿生翼型的背部曲线以及仿生翼型的腹部曲线上共获取2(a+1)个坐标点，根据获取的坐标点以及步骤S4中获取的最大厚度δmax计算控制点坐标；S6、仿生翼型叶片的建立：根据设计要求确定仿生翼型叶片的最大厚度，根据最大厚度以及控制点坐标计算仿生翼型叶片背部曲线上的坐标点以及仿生翼型叶片腹部曲线上的坐标点，将上述计算后得到的坐标点导入到三维设计软件中进行放样处理，生成仿生翼型叶片。2.根据权利要求1所述的仿生翼型叶片的设计方法，其特征在于：所述步骤S4中头部数据修正的具体步骤如下：以791翼型为基础，以791翼型前缘为坐标原点，791翼型的前缘与后缘之间的直线为X轴，构建791翼型的外形曲线，791翼型的前缘与791翼型的外形曲线上任意一点之间的直线投影在X轴上的长度为xd’，791翼型的弦长为C；鱼体的吻突尖端与鱼体外形曲线上任意一点的直线投影在X轴上的长度xd与鱼体长度M的比为xd/M，xd/M＞0.2部分的鱼体外形曲线上的坐标点数据不变，对xd/M≤0.2部分的鱼体外形曲线上的坐标点数据进行修正：将791翼型的外形曲线上xd’/C≤0.2的坐标点数据分别替换鱼体外形曲线上xd/M≤0.2的坐标点数据；791翼型的外形曲线与鱼体外形曲线的连接处采用圆弧法均匀过度。3.根据权利要求1所述的仿生翼型叶片的设计方法，其特征在于：所述步骤S4中鱼鳍数据修正的具体步骤如下：腹鳍数据修正：鱼体的腹部曲线与鱼体腹部鱼鳍的外形曲线相交产生两个交点，分别为交点A和交点B；定义鱼体吻突尖端到交点A之间的直线投影在X轴上的长度为xq，鱼体吻突尖端到交点B之间的直线投影在X轴上的长度为xh，鱼体吻突尖端到鱼体的腹部曲线上任意一点的直线投影在X轴上的长度为xa；鱼体的腹部曲线上xq/M≤xa/M≤xh/M部分采用圆弧法并结合鱼体的腹部曲线变化趋势进行光滑处理；2CN110598231A权利要求书2/4页背鳍数据修正：鱼体的背部曲线与鱼体背部鱼鳍的外形曲线相交产生两个交点，分别为交点C