杨兴满

（宜昌测试技术研究所 宜昌 443003）

1 引言

螺旋桨在水面和水下航行器的推进器中应用广泛，螺旋桨的结构主要包括轮毂和叶片两部分，桨叶呈螺旋曲面形，其曲面形状通常用数百个型值点来控制。建立精确的螺旋桨三维模型，是螺旋桨强度分析、流体动力性能分析、流噪声分析、以及加工工艺设计的基础和先决条件。国内不少学者对螺旋桨的三维建模方法进行了研究。孙娜、姚震球等人研究了基于Pro／E的建模方法［1～2］，该方法建模过程操作比较复杂，且模型修改不方便，重用性较差；张宏伟、张振金等人研究通过程序开发结合三维造型软件实现螺旋桨的建模方法［3～4］，这需要设计师具有程序开发能力，同时也存在模型重用性较差的缺点。

Pro／E具有强大的三维造型能力，但数学计算功能薄弱，而螺旋桨三维建模过需要有较为复杂的计算过程。Mathcad是一款数学计算功能非常强大的软件，Pro／E Wildfire 3.0及更高的版本集成了Mathcad分析功能，Pro／E Wildfire 5.0更是增加了从Mathcad以数组方式直接建立基准点的功能。基于该功能，可以实现基于Pro／E和Mathcad联合的螺旋桨三维建模。

2 螺旋桨型面特征分析

螺旋桨总体的造型设计是以桨叶的基本投影原理为基础的，不同半径的同心圆柱面与桨叶相截得到一系列叶切面。如图1（a）所示，半径为r的圆柱面与桨叶相截得到阴影部分的叶切面，将该切面展开，得到如图1（b）所示的翼形面。

图1 螺旋桨投影原理图

经过螺旋桨的设计，可以得到半径为r处翼形面二维型值点坐标（x1，y1），翼形弦长L，导边到中心线的距离l，叶切面螺旋角θ，侧斜距离cs。……