(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111401290.7 (22)申请日 2021.11.19 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114091201 A (43)申请公布日 2022.02.25 (73)专利权人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 卢雨　吴春晓　刘社文　顾朱浩　 邵武　李闯　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 王思宇　李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 112668145 A,2021.04.16 吴湘荣等.导管螺 旋桨敞水性能数值计算方 法研究. 《舰船 科学技术》 .2016,(第1 1期), 郭春雨等.仿生螺 旋桨噪声性能预报分析. 《船舶力学》 .2020,(第09期), 张正骞等.仿生 导管桨水动力性能研究. 《水 动力学研究与进 展(A辑)》 .2020,(第01期), 王超等.基 于CFD方法的螺 旋桨水动力性能 预报. 《海 军工程大 学学报》 .20 08,(第04期), 审查员 李祖布 (54)发明名称 基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨 参数化变形方法 (57)摘要 本发明提供一种基于指数衰减曲线的导边 变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 具体包括以下 步骤： S1： 根据座头鲸鳍状肢前缘凹凸形状构建 指数衰减曲线； S2： 选择一种标准桨进行三维参 数化建模， 然后将标准桨的导边形状调整为步骤 S1构建的指数衰减曲线 的形状； S3： 步骤S1得到 的指数衰减曲线方程定义为在x 方向上以正弦函 数方式前进， 在z方向控制曲线组合的总长度； 根 据座头鲸鳍展长范围以及座头鲸鳍前缘凹凸形 状定义z方向上设置两条指数衰减曲线； 应用F ‑ spline函数对两条指数衰减曲线进行连接得到 整体变形曲线； S4： 将步骤S2得到的标准桨的导 边形状调整为整体变形曲线的形状。 本发明利用 指数衰减曲线， 能够更形象， 更准确的的模拟座 头鲸前鳍凹凸结构。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114091201 B 2022.09.20 CN 114091201 B 1.基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 其特征在于， 具体包括 以下步骤： S1： 根据座头鲸鳍状肢前缘凹凸形状构建指数衰减曲线； S2： 选择一种标准桨进行三维参数化建模， 然后将标准桨的导边形状调整为步骤S1构 建的指数衰减曲线的形状； S3： 步骤S1得到的指数衰减曲线方程如 下式所示， 定义为在x方向上以正弦函数方式前 进， 在z方向控制曲线组合的总长度： 式中： A、 E、 T分别表示振幅、 衰减和周期； Z为方向控制曲线的高度； t指自变量； K为常 数； 根据座头鲸鳍展长范围 以及座头鲸鳍前缘凹凸形状定义z方向上设置两条指数衰减曲 线， n是指某 一条衰减曲线， n＝1或2； 应用F ‑spline函数对两条指数衰减曲线进行连接得到 整体变形曲线； S4： 将步骤S2得到的标准桨的导 边形状调整为整体 变形曲线的形状。 2.根据权利要求1所述的基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 其特征在于， 还 包括： S5： 根据自定义的指数衰减曲线方程 中的振幅A、 衰减E、 周期T， 且以敞水效率与推力系 数为目标函数， 基于CFD模拟计算方法进行水动力性能计算， 进而实现对步骤S4得到的标准 桨进行性能测试。 3.根据权利要求1所述的基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 其特征在于， 步骤S2根据指数衰减曲线的参数调整标准桨的导 边形状。 4.根据权利要求3所述的基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 其特征在于， 指数衰减曲线的参数包括振幅、 衰减和周期。 5.根据权利要求1所述的基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 其特征在于， 采用的标准桨为AU ‑5‑50。 6.根据权利要求1所述的基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 其特征在于， F ‑spline函数用于保证整体 变形曲线的光 顺性。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114091201 B 2基于指数衰减曲线的 导边变形仿生螺 旋桨参数化变形方 法 技术领域 [0001]本发明涉及船舶推进技术领域， 具体而言， 尤其涉及一种基于指数衰减曲线的导 边变形仿生螺 旋桨参数化变形 方法。 背景技术 [0002]2011年， 北京大学的张瑞奎等将导缘凹凸应用到了风轮机叶片上。 风轮机叶片的 导缘设计成正弦曲线的形状， 计算结果表明， 与直导缘叶片相比， 在较高风速时凹凸导缘叶 片提高了扭矩。 凹凸导缘产生的局部旋涡脱落可以在导缘波 峰处产生较高的吸入压力， 从 而提高了叶片的气动性能。 随着凹凸导缘正弦曲线的波长和波幅的增大， 叶片的输出功率 也随之增大。 2013年， 哈尔滨工程大学郭春雨、 常欣等参考座头鲸胸鳍的形状 设计出了一种 带有前缘凹凸结构的仿生舵， 通过建立数学模型进行了理论计算并制作出了实际模型进 行 了理论计算及实验研究。 通过对普通舵和仿生舵分别进行敞水实验， 从几种 舵的实验结果 对比证明： 前缘形状的改变确实提升了舵 的升力系 数， 前缘突起流线舵 的升力系 数要比普 通舵要大 10％； 前缘突起流线 舵的最小失速角相比普通前缘流线 舵也都增大了30％以上。 但是现有技 术中仍然缺少利用参数化建模的优化方法。 发明内容 [0003]针对现有技术存在的技术问题， 本发明提供了一种基于指数衰减曲线的导边变形 仿生螺旋桨参数化变形方法。 本发明基于仿生学原理与曲线参数化建模相结合， 将座头鲸 前鳍的凹凸结构应用于船舶螺旋桨导边， 能够有效提高螺旋桨水动力性能： 即在螺旋桨导 边迎流区依据指数衰减曲线将标准光滑导边进行类似座头鲸鳍突起结构 状的凹凸变形， 获 得的导边凹凸螺旋桨可以有效提高推力系 数和扭矩系 数， 降低叶梢导边压差， 改善其水动 力性能。 [0004]本发明采用的技 术手段如下： [0005]一种基于指数衰减曲线的导边变形仿生螺旋桨参数化变形方法， 具体包括以下步 骤： [0006]S1： 根据座头鲸鳍状肢前缘凹凸形状构建指数衰减曲线； [0007]S2： 选择一种标准桨进行三维参数化建模， 然后将标准桨 的导边形状调整为步骤 S1构建的指数衰减曲线的形状； [0008]S3： 步骤S1得到的指数衰减曲线方程如下式所示， 定义为在x方向上以正 弦函数方 式前进， 在z方向控制曲线组合的总长度： [0009] [0010]式中： A、 E、 T分别表示振幅、 衰减和周期； Z为方向控制曲线的高度； t指自变量； K为 常数；说　明　书 1/4 页 3 CN 114091201 B 3