UG的螺旋桨的曲面造型三文建模+文献综述+任务书
II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：
原始资料： 螺旋桨的叶面型值点数据文件
设计技术要求：1.螺旋桨桨叶元体理论的研究
2.研究螺旋桨的构成及螺旋桨桨叶的形成和切面几何特性
3.采用UG/Open GRIP 编程构造的方法生成叶片的曲线
4.完成螺旋桨的三文建模
III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：
1. 开题报告、查阅资料、外文翻译（6000字符） 3.1－3.19 3周
2. 螺旋桨桨叶元体理论的研究 3.22－4.9 3周
3. 研究螺旋桨的构成及桨叶的形成和切面几何特性 4.12－5.7 4周
4. UG/Open GRIP 方法生成叶片曲线并完成螺旋桨的三文建模 5.10－6.4 4周
5. 撰写毕业论文 6.7－6.25 3周
6. 答辩准备及毕业答辩 6.28－7.2 1周
Ⅳ 、主 要参考资料：
[1]施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条.北京:高等教育出版社,2001:6-60.
[2]朱心雄.自由曲面造型技术.北京：科学出版社，2000
[3]苏玉民,黄胜.船舶螺旋桨理论.哈尔滨工程大学出版社,2003:28-31.
[4]李发致,卫原平,普令涛.曲面造型方法在工程中的应用.计算机辅助设计与制造,1998(2):15-18.
[5]王庆林,UG/Open GRIP实用编程基础.清华大学出版社,2002.1-121.
[6]B. K. Choi, C. S. Lee et al. Compound Surface Modeling and Machining. Computer-AidedDesign, 1998,20(3):127-136.
[7]Piegl L. Key developments in computer aided geometric design.CAD,1989(5): 262-274.
一、选题的依据及意义：
螺旋桨是船泊动力系统中的一个重要零件，自从蒸汽机出现以后，它就开始应用于船舶上并成为了海船的主要推进形式。螺旋桨是一种典型的自由曲面零件，它的曲面形状和制造精度直接决定了船泊的推进效率和噪音的大小，而其曲面造型的研究将有助于提高该类零件的加工精度和加工效率[1]。由于它形状复杂，而且各个桨叶可能互相覆盖，导致其加工费时、费力，加工精度和效率难以提高。螺旋桨的加工实际上就是对自由曲面的加工，而自由曲面加工一直是机械加工领域的难点，同时也是该领域的研究热点。自由曲面之所以难以加工是由其本身的几何特点所决定的。自由曲面是不能由初等解析曲面组成，而是以复杂方式自由变化的曲面。这类曲面单纯用画法几何与机械制图是不能表达清楚的。所以这就要求我们寻求新的既方便有合理有效的曲面造型方法。在科学技术不断发展的今天，采用UG给螺旋桨造型越来越凸显出它方便，直观，具体化的优势，成为螺旋桨造型的最主要方式之一。
所以，对基于UG螺旋桨的三文造型的研究意义重大，它是国家航海及造船技术的标志之一。而且我国在这个领域起步较晚，具有很大的研究发展空间，因此选此课题进行设计与研究。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） ：
古代的车轮，即欧洲所谓“桨轮”，配合蒸汽机，将原来桨轮的一列直叶板斜装于一个转毂上。构成了螺旋桨的雏型；古代的风车，随风转动可以输出扭矩，反之，在水中，输入扭矩转动风车，水中风车就有可能推动船运动。在当时，已经使用了好几个世纪的阿基米德螺旋泵，它能在水平或垂直方向提水，螺旋式结构能打水这一事实，作为推进器是重要的启迪。在科学技术发展过程中，许多机械装置的性能在人们还不太清楚的时候，就已经广泛使用了。但是人们在不完全理解它的物理规律和没有完整的理论分析以前，这些装置很难达到它的最任性能。螺旋桨也不例外，直到1860年，虽然它在海船上已经成为一枝独秀，但是它的成就全都是依靠多年积累的经验。螺旋桨的进步，只依靠专家们的直观推理，已经不能满足船舶技术的发展需要，它有待科学家对其流体动力特性做出完整的解释，这就促使螺旋桨理论的发展。
船用螺旋桨是船用推进器中效率比较高，应用最广的一种，其主要功用是使船舶前
进和后退，有时也协助船舶回转。船舶的性能主要取决于该船的船型、主发动机和螺旋
桨三大因素。而螺旋桨的推进效率又主要取决于螺旋桨桨叶的设计与制造螺旋桨通
常由桨叶和桨毅两部分组成，而桨叶又分为叶面和叶背。叶面的中间区域通常采用等螺
距螺旋面或变螺距螺旋面设计，而导边和随边处则采用流线型设计;叶背则是根据不同
半径处的切面厚度来决定的[2]。因此，它的设计和制造相对于常规机械零件复杂得多。通常给出螺旋桨的设计数据后，首先要对螺旋桨造型，所涉及的就是自由曲面的造型问
题。曲面造型的好坏，直接决定了其加工质量。而自由曲面的造型属于CAGD(计算机辅助几何设计)学科领域[3]。当前曲面造型的主流方法之一就是B样条方法(basic spline)。根据给定的船体型值点，以三次非均匀B样条为光顺函数，采用整体光顺方法，以应变能最小、曲率变化均匀为准则，以控制点为未知量，建立最优化问题的约束方程并求解，实现船体曲线的光顺。根据曲线的相对曲率线图，将优化后的光顺B样条船体曲线与插值B样条曲线、传统最小二乘法逼近曲线进行了比较。构[循规蹈矩本曲面，以UV方向上的单参数曲线族或站线、水线、纵剖线方向的截面曲线族为研究对象，以曲线族的应变能之和最小为准则，进行光顺处理，最后，以NURBS为统一数学表达式，根据光顺后得到的控制点网络，应用双三次非均匀有理B样条得到光顺的船体曲面。船体的外形较为复杂,其形状的变化直接影响船舶的性能指标，建立精确的几何模型是设计高质量船舶的基础。而船体曲面的计算机表达是对船体曲面进行设计、相关性能分析与计算以及后续CAM实现的必要基础.船体曲面是具有双曲度的相当复杂的空间曲面，不能用规则的解析曲面进行描述,因此如何更加合理地运用数学方法来表达船体曲面形状一直是造船界追求的关键目标之一。非均匀有理B样条(Non UniformRa tionalB Spline,NURBS)曲面造型方法能够同时表达自由曲线曲面和解析曲线曲面,故已成为船体曲面造型的研究热点。
目 录
1绪论 1
1.1论文背景 1
1.2文献综述 1
1.2.1螺旋桨的发展历程 1
1.2.2螺旋桨曲面造型的发展状况 3
1.3论文的主要工作 6
2螺旋桨的理论研究 7
2.1引言 7
2.2船泊螺旋桨叶元体理论 7
2.2.1叶元体的速度多角形 7
2.2.2螺旋桨的水动力性能 8
2.3螺旋桨的构成及桨叶的形成 10
2.3.1螺旋桨的构成 10
2.3.2螺旋桨桨叶的形成 11
2.4螺旋桨切面的几何特性 12
2.4.1螺旋桨直径 12
2.4.2螺旋桨的面螺距及螺距比 13
2.4.3桨叶后倾角 13
2.4.4盘面比 13
2.4.5螺旋桨的桨叶切面及厚度 14
2.4.6 桨榖形状和大小 14
3 螺旋桨的三文造型的研究 16
3.1引言 16
3.2 UG软件概述 16
3.3 螺旋桨的CAD造型的一般方法 17
3.4螺旋桨曲面型值点在工件坐标系中的坐标变换 19
3.5 B样条方法在螺旋桨造型中的应用 23
3.5.1 B样条简介 23
3.5.2桨叶截面曲线的B样条拟合 24
3.5.3由桨叶截面曲线生成三次均匀B样条曲面 26
3.5.4 曲面造型误差分析 28
3.5.5 桨叶和桨榖的过渡曲面 30
3.6 UG环境下螺旋桨的三文建模 31
3.6.1将MATLAB计算获得的坐标空间点坐标输入UG系统中 31
3.6.2 完成蒙面 34
3.6.3 构造轮毂实体 35
3.6.4 叶面和叶背缝合成封闭曲面并生成实体 35
3.6.5 完成螺旋桨的三文实体建模 36
结 论 37
参考文献 38
致 谢 39
附 录 1539