(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 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111319420.2 (22)申请日 2021.11.09 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100000 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李泽宇　吴江浩　林海英　张建飞　 (74)专利代理 机构 北京慧诚联合知识产权代理 有限公司 16 034 代理人 柳清 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种涵道螺 旋桨的设计方法 (57)摘要 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CS T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。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 113987687 A 2022.01.28 CN 113987687 A 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： ynew＝yold+Δy(x) 控制截面翼型的改变 体现为型函数权值的改变： 其中δ i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Flu ent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,opti ons) 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， opt ions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权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113987687 A 2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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113987687 A 3