基于模板技術(shù)構(gòu)建船舶螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)

黃金鋒，許 滸

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢 430064

0 引 言

隨著三維設(shè)計(jì)技術(shù)及其工具軟件的發(fā)展，螺旋槳三維幾何模型已建立起來(lái)，并通過(guò)相應(yīng)的分析軟件對(duì)其進(jìn)行了仿真評(píng)估。但螺旋槳三維設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)與仿真分析CAE軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信息集成問(wèn)題還未得到有效解決，導(dǎo)致三維模型無(wú)法直接用于螺旋槳的工程分析。另外，螺旋槳設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)都掌握在少數(shù)人手中，很難重復(fù)利用，易對(duì)企業(yè)造成很高的知識(shí)風(fēng)險(xiǎn)。螺旋槳設(shè)計(jì)工具相互孤立，不成體系，異常復(fù)雜的數(shù)據(jù)流主要依賴人工勞動(dòng)，設(shè)計(jì)并行度低，管理難度大，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，使得設(shè)計(jì)過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)的建立勢(shì)在必行。

國(guó)際上的研究機(jī)構(gòu)基于以前發(fā)展的各種方法建立了有效的螺旋槳設(shè)計(jì)系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，美國(guó)泰勒水池就開(kāi)展了螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)的研究。HydroComp.IN公司的HYDROCOMP系列軟件包括NavCAD，ProExpert和ProCAD三個(gè)模塊，分別用于解決船舶推進(jìn)系統(tǒng)分析、螺旋槳設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助螺旋槳生產(chǎn)等領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題。美國(guó)AMI公司的VSAERO和USAERO軟件提供螺旋槳水動(dòng)力分析，MARINTEK的AKPD/AKPA系統(tǒng)和MARI N的EXCALIBUR和PROCAL系統(tǒng)都是設(shè)計(jì)和分析螺旋槳的集成系統(tǒng)［1-2］。

國(guó)內(nèi)的科研院所和船廠利用ISIGHT和數(shù)據(jù)庫(kù)等方式建立了初步的螺旋槳集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)［3-4］，但目前僅限于三維幾何模型的建立和水動(dòng)力分析，沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核等方面，而且集成度不高，不能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，流程的管控也不理想，沒(méi)有專門的數(shù)據(jù)管理模塊，致使數(shù)據(jù)無(wú)法向下游傳遞。螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)基于商業(yè)貨架軟件SYSWARE TDE/IDE，利用成熟的螺旋槳設(shè)計(jì)理論方法和集成應(yīng)用軟件，通過(guò)開(kāi)發(fā)和集成進(jìn)行螺旋槳設(shè)計(jì)分析的專業(yè)模塊，最終形成一個(gè)便于面向螺旋槳設(shè)計(jì)分析的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。平臺(tái)主要利用模板技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)模型，自動(dòng)保證各設(shè)計(jì)階段、各專業(yè)模型之間的緊密關(guān)聯(lián)，大量減少方案更改和模型協(xié)調(diào)的工作量，從而實(shí)現(xiàn)多學(xué)科關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

1 模板技術(shù)

螺旋槳設(shè)計(jì)首先建立三維幾何模型，然后通過(guò)對(duì)幾何模型的轉(zhuǎn)換與處理生成螺旋槳的仿真分析模型，之后在仿真分析軟件中進(jìn)行分析計(jì)算并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估。因此，三維設(shè)計(jì)模型為主模型，仿真分析模型是由主模型派生出來(lái)的關(guān)聯(lián)模型，主模型的修改將直接導(dǎo)致關(guān)聯(lián)模型的更改，主模型和關(guān)聯(lián)模型共同組成螺旋槳設(shè)計(jì)的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型。關(guān)聯(lián)是指一系列模塊的串聯(lián)和并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在各個(gè)模塊之間建立數(shù)據(jù)流和控制流，建立描述整個(gè)設(shè)計(jì)方案的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型，從而使設(shè)計(jì)方案中的各種模型有機(jī)地耦合在一起，這樣，當(dāng)設(shè)計(jì)方案的任何局部發(fā)生變化時(shí)，就可以保證其他所有部分都能進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以匹配這種變化［5］。

為實(shí)現(xiàn)模型的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)，主要措施是利用模板技術(shù)將工具、軟件、設(shè)計(jì)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)等固化下來(lái)，并通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流實(shí)現(xiàn)流程的驅(qū)動(dòng)和參數(shù)的關(guān)聯(lián)，以此來(lái)建立螺旋槳集成設(shè)計(jì)分析平臺(tái)。

任何設(shè)計(jì)、分析的過(guò)程都包含一些規(guī)則和方法，這些規(guī)則和方法實(shí)質(zhì)上就是軟件工具使用的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。盡管軟件工具操作的對(duì)象可能各不相同，但這些規(guī)則和方法是不變的，本文提出的思想就是歸納和總結(jié)這些規(guī)則，將其封裝為模板，然后通過(guò)模板進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和分析工作。

模板是提取設(shè)計(jì)過(guò)程中可重復(fù)的設(shè)計(jì)、建模、分析操作過(guò)程并進(jìn)行封裝，從而形成的模塊化組件。CAD，CAE等軟件的傳統(tǒng)應(yīng)用模式都是管理結(jié)果而不是過(guò)程。由于結(jié)果是靜態(tài)的，要獲得和改變結(jié)果必須由人工重復(fù)操作，因而導(dǎo)致方案建模、更改、重新評(píng)估的工作量較大，很大程度上影響了設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化的循環(huán)效率。模板的內(nèi)部不僅僅是規(guī)則，同時(shí)還包括所有初始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)，因此，可以將模板視為描述設(shè)計(jì)對(duì)象的一種新方法。與傳統(tǒng)上用最終結(jié)果描述設(shè)計(jì)對(duì)象的方法不同，這種新方法不僅包含設(shè)計(jì)對(duì)象的狀態(tài)（也即最終結(jié)果），還包括設(shè)計(jì)對(duì)象的產(chǎn)生過(guò)程。

模板這一思想首先改變了軟件的使用模式，將設(shè)計(jì)人員操作軟件的一對(duì)一模式轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)模板去操作軟件，這不僅降低了設(shè)計(jì)人員的工作量和工作難度，而且還大大提高了方案設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度。其次，模板還改變了設(shè)計(jì)人員的工作方式，將傳統(tǒng)上一個(gè)人同時(shí)掌握規(guī)則（學(xué)習(xí)和掌握軟件）和應(yīng)用規(guī)則（用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析工作）的工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)發(fā)模板（掌握和封裝規(guī)則）和應(yīng)用模板（應(yīng)用規(guī)則完成設(shè)計(jì)、分析工作）由不同的人完成，這不僅降低了對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求，而且使知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)還可以積累、共享和重復(fù)使用，有效降低了企業(yè)的知識(shí)風(fēng)險(xiǎn)。此外，螺旋槳的設(shè)計(jì)模型以及各軟件數(shù)據(jù)接口也可通過(guò)模板進(jìn)行開(kāi)發(fā)和封裝。模板的思想本質(zhì)是一種方法模塊化的思想。

根據(jù)其內(nèi)部封裝的軟件和規(guī)則，模板可以完成設(shè)計(jì)、建模、分析、仿真等各種不同的工作，并描述產(chǎn)品的各種基本組成元素，通過(guò)模板，即可以搭積木的方式建立整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。為保證設(shè)計(jì)方案的關(guān)聯(lián)性，系統(tǒng)通過(guò)在各個(gè)模板之間建立數(shù)據(jù)流和控制流來(lái)建立描述整個(gè)設(shè)計(jì)方案的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型。以圖1的外形設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有限元分析為例，它們分別由外形模板、結(jié)構(gòu)模板、有限元模板驅(qū)動(dòng)CATIA和PATRAN生成。由于結(jié)構(gòu)模板生成結(jié)構(gòu)模型時(shí)需要輸入外形模板產(chǎn)生的外形曲面，因而外形曲面這一數(shù)據(jù)流就實(shí)現(xiàn)了外形與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。同樣，由于有限元模板生成有限元模型時(shí)需要輸入結(jié)構(gòu)模板產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)模型，因而結(jié)構(gòu)模型這一數(shù)據(jù)流就實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與有限元分析的關(guān)聯(lián)。這樣，當(dāng)外形模板參數(shù)改變時(shí)，結(jié)構(gòu)模型和有限元模型就會(huì)自動(dòng)更新，與新的外形曲面相匹配；當(dāng)結(jié)構(gòu)模板參數(shù)改變時(shí)，有限元模型也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)更新，以與新的結(jié)構(gòu)模型相匹配［6］。因此，統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型實(shí)質(zhì)上就是用數(shù)據(jù)流和控制流連接的模板集合，包括所有的設(shè)計(jì)模型、分析模型、分析結(jié)果以及設(shè)計(jì)分析報(bào)告。

圖1 統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型實(shí)現(xiàn)示例Fig.1 Example of unified connected model

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工具軟件的集成

船舶螺旋槳涉及的專業(yè)面廣、軟件工具眾多，這些軟件具有多專業(yè)、交互分布、異構(gòu)性等特點(diǎn)，因此，如何將這些體系結(jié)構(gòu)各異的軟件工具集成在一起，實(shí)現(xiàn)軟件工具間的信息傳遞與功能上的互操作是實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同控制與協(xié)同仿真的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)和分析手段以自有程序和商業(yè)軟件為主，下面將介紹工具軟件集成的方法。

性能計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析手段以自有程序?yàn)橹?，通過(guò)對(duì)已有程序進(jìn)行封裝，使自有程序的輸入和輸出數(shù)據(jù)與其上、下游數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。商業(yè)軟件一般為CAD，Patran/Nastran及ICEM CFD/CFX等，商業(yè)軟件的集成方式與自有程序相似，但需要更多地考慮商業(yè)軟件的數(shù)據(jù)開(kāi)放性，一般情況下，成熟的商業(yè)軟件都會(huì)提供多層次的二次開(kāi)發(fā)接口?；诠矊?duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)（CORBA）技術(shù)封裝所有計(jì)算程序，并向外提供標(biāo)準(zhǔn)的CORBA接口，一種典型的應(yīng)用程序集成的方式示例如圖2和圖3所示。

圖2 基于CORBA的計(jì)算訪問(wèn)代理Fig.2 Compute access broker based on CORBA

圖3 應(yīng)用程序集成技術(shù)路線Fig.3 The technical approach of application program integration

2.2 參數(shù)化驅(qū)動(dòng)網(wǎng)格自動(dòng)劃分和水動(dòng)力計(jì)算

由于網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)CFD分析結(jié)果有顯著影響，將針對(duì)具有高度空間扭曲特性的螺旋槳幾何模型，采用六面體與四面體相結(jié)合的網(wǎng)格劃分形式對(duì)螺旋槳幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

采用主流的網(wǎng)格劃分工具Gambit，將其集成在Sysware框架下，針對(duì)螺旋槳網(wǎng)格劃分經(jīng)驗(yàn)，將網(wǎng)格劃分過(guò)程界面參數(shù)化，參數(shù)控制界面如圖4（a）所示。為得到合適的混合網(wǎng)格模型，將螺旋槳外部流場(chǎng)分割為流體內(nèi)域和流體外域兩部分，并可根據(jù)螺旋槳尺度調(diào)整變化兩部分區(qū)域的幾何參數(shù)。由于流場(chǎng)內(nèi)域存在螺旋槳外輪廓曲面，在采用六面體網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)難以準(zhǔn)確捕捉復(fù)雜曲面的幾何特征，相比之下采用四面體網(wǎng)格更為合理。在內(nèi)域，結(jié)合Gambit的尺寸函數(shù)功能合理布置四面體網(wǎng)格；在流場(chǎng)外域部分，由于幾何較為規(guī)則，故布置了六面體網(wǎng)格，避免了全部采用四面體網(wǎng)格時(shí)單元數(shù)量巨大的問(wèn)題。

在Sysware框架下，將有限體積法的求解工具軟件FLUENT集成，通過(guò)VBS腳本程序驅(qū)動(dòng)FLUENT JOU文件及求解參數(shù)，進(jìn)行螺旋槳的水動(dòng)力性能自動(dòng)求解計(jì)算，如圖4（c）所示。

2.3 水動(dòng)力表面節(jié)點(diǎn)載荷自動(dòng)轉(zhuǎn)換為有限元表面節(jié)點(diǎn)載荷

圖4 參數(shù)控制程序界面Fig.4 Parameter control program interface

使用專業(yè)網(wǎng)格劃分工具進(jìn)行槳葉的有限元網(wǎng)格劃分，能夠得到整片槳葉網(wǎng)格信息文件*.cdb，但如果采用用CFD方法計(jì)算得到的槳葉表面載荷數(shù)據(jù)作為強(qiáng)度校核的外部載荷來(lái)源，則一般需要將CFD載荷數(shù)據(jù)插值到槳葉表面節(jié)點(diǎn)上。在進(jìn)行載荷插值前，首先需要提取出槳葉表面節(jié)點(diǎn)信息，然后將螺旋槳水動(dòng)力載荷加載到螺旋槳的有限元網(wǎng)格模型指定區(qū)域，為后續(xù)槳葉強(qiáng)度校核計(jì)算工作做準(zhǔn)備。為此，本文開(kāi)發(fā)了螺旋槳槳葉信息提取程序，并集成于Sysware環(huán)境下，能夠有效提取螺旋槳槳葉表面節(jié)點(diǎn)信息。

2.4 流程管控及數(shù)據(jù)接口（PDM）

為了實(shí)現(xiàn)艦船設(shè)計(jì)過(guò)程中三維設(shè)計(jì)流程和仿真分析流程的集成管理，采用基于標(biāo)準(zhǔn)的Sysware技術(shù)，具體內(nèi)容本文不詳述。數(shù)據(jù)接口主要是與PDM的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，是在原有PDM系統(tǒng)的物理數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充和二次開(kāi)發(fā)，使之可以管理結(jié)果數(shù)據(jù)和過(guò)程數(shù)據(jù)。過(guò)程數(shù)據(jù)管理模塊是對(duì)數(shù)據(jù)基于產(chǎn)生過(guò)程的邏輯描述，同時(shí)作為原有PDM對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)基于裝配關(guān)系的邏輯描述的一種有效補(bǔ)充。過(guò)程數(shù)據(jù)由本系統(tǒng)進(jìn)行流程控制，結(jié)果數(shù)據(jù)仍由原PDM系統(tǒng)進(jìn)行流程控制。

3 體系結(jié)構(gòu)

船舶總體設(shè)計(jì)平臺(tái)為開(kāi)放式平臺(tái)，主要用于集成CAD，CAE，CAO和CAX等各類軟件，對(duì)軟件應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行封裝，并在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)、建模、分析、優(yōu)化、數(shù)據(jù)管理和協(xié)同管理。由于其功能特征，因而特別適用于以三維設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，需要大量使用CAD和CAE技術(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)程涉及較多學(xué)科專業(yè)，并且設(shè)計(jì)過(guò)程非常復(fù)雜的船舶總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示［7］。

圖5 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)Fig.5 The system architecture

4 系統(tǒng)組成與功能

4.1 單元模板開(kāi)發(fā)環(huán)境

單元模板的開(kāi)發(fā)環(huán)境是集成于CAD環(huán)境的設(shè)計(jì)、分析模型或應(yīng)用軟件的封裝系統(tǒng)。單元模板開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)各類設(shè)計(jì)、分析模型或應(yīng)用軟件進(jìn)行集成和封裝，定制直接面向具體任務(wù)的應(yīng)用界面，并在后臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、分析、進(jìn)行仿真軟件的建模、求解和后處理。

單元模板主要包括設(shè)計(jì)模板、數(shù)據(jù)庫(kù)模板、轉(zhuǎn)換模板和公式模板等。單元模板主要由參數(shù)表、輸入輸出表、用戶界面和操作等基本要素組成，聯(lián)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模、分析、仿真等工作中基本任務(wù)要素的封裝。單元模板的基本要素包括：

1）參數(shù)表：模板數(shù)據(jù)的來(lái)源，是所有操作的數(shù)據(jù)核心。參數(shù)表包括各種類型的參數(shù)（整數(shù)、實(shí)數(shù)、字符串、文件、整數(shù)數(shù)組、實(shí)數(shù)數(shù)組、字符數(shù)組），用戶需要從參數(shù)表界面中錄入?yún)?shù)。

2）輸入輸出表：模板封裝的數(shù)據(jù)接口，是模板執(zhí)行時(shí)數(shù)據(jù)流傳遞的主要載體。輸入表是復(fù)雜對(duì)象的數(shù)據(jù)來(lái)源，它負(fù)責(zé)接收上游模板的數(shù)據(jù)引用；輸出表是復(fù)雜對(duì)象執(zhí)行后的輸出結(jié)果，它負(fù)責(zé)將模板執(zhí)行的結(jié)果發(fā)布出去，供下游模板定義數(shù)據(jù)引用。

3）用戶界面：已封裝的模板數(shù)據(jù)與外界交互的接口。用戶可以在模板封裝時(shí)設(shè)計(jì)用戶界面，將模板的參數(shù)信息及相關(guān)輔助說(shuō)明展現(xiàn)在用戶界面上，使模板在IDE環(huán)境中可以從用戶界面上修改相關(guān)參數(shù)值，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)模板某種操作的效果。

4）操作：用于實(shí)現(xiàn)模板數(shù)據(jù)的加工處理，可以由多個(gè)公式操作、文件解析、數(shù)據(jù)庫(kù)操作、命令執(zhí)行、CAD操作和報(bào)表生成等類型的操作單元組成，支持順序執(zhí)行和分支執(zhí)行兩種模式。

4.2 組合模板環(huán)境

組合模板環(huán)境（也稱集成設(shè)計(jì)環(huán)境，IDE）集成于CAD環(huán)境中，是基于單元模板的多模板統(tǒng)一關(guān)聯(lián)的多學(xué)科設(shè)計(jì)、多學(xué)科建模、多學(xué)科分析、多學(xué)科優(yōu)化的一體化環(huán)境。組合模板環(huán)境通過(guò)調(diào)用設(shè)計(jì)、建模、分析模板以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以快速建立與設(shè)計(jì)、分析相關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型，通過(guò)調(diào)用MDO軟件，可對(duì)方案進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化。

單元模板可以通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流來(lái)構(gòu)成復(fù)雜的組合模板、工作包和工作組包等組合模板。數(shù)據(jù)流定義主要用于定義模板實(shí)例之間的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，如圖6（a）所示。如圖6（b）所示，用戶可以自定義模板之間的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系。

控制流表征的是模板實(shí)例之間執(zhí)行的先后順序，如圖6（c）所示。用戶可以定義控制流連接線，還可以查看執(zhí)行的次序關(guān)系?？刂屏骺啥x起點(diǎn)（S圖標(biāo)）、終點(diǎn)（E圖標(biāo)）、并行、判斷分支及循環(huán)等執(zhí)行邏輯。

圖6 組合模板環(huán)境Fig.6 Assembled template environment

4.3 集成管理系統(tǒng)

集成管理系統(tǒng)是集項(xiàng)目管理與流程管理于一體的綜合管理系統(tǒng)，具體包括過(guò)程/項(xiàng)目定義、過(guò)程驅(qū)動(dòng)，以及過(guò)程監(jiān)控/項(xiàng)目分析等功能。集成管理系統(tǒng)可大幅提高工作流運(yùn)轉(zhuǎn)的效率和過(guò)程規(guī)范性，在此本文不予贅述。

4.4 模板庫(kù)系統(tǒng)與工程管理系統(tǒng)

模板庫(kù)系統(tǒng)是管理模板的系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)模板管理系統(tǒng)，可以上傳模板、管理模板、檢索模板并下載模板。工程管理系統(tǒng)用于管理設(shè)計(jì)過(guò)程的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型（包含相關(guān)數(shù)據(jù)）和工具軟件。通過(guò)工程管理系統(tǒng)，可以訪問(wèn)統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型，同時(shí)，工程管理系統(tǒng)按統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型的結(jié)構(gòu)關(guān)系，以版本的方式管理所有過(guò)程數(shù)據(jù)和最終結(jié)果。此外，與PDM數(shù)據(jù)的集成也是數(shù)據(jù)管理的重要內(nèi)容，與PDM中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、文檔管理以及用戶管理產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互關(guān)系，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)訪問(wèn)PDM中的數(shù)據(jù)。

5 初步應(yīng)用

本文將以DTRC4119螺旋槳為例測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)的合理性、可用性和可靠性，建立槳型生成、性能計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析模板庫(kù)，并生成設(shè)計(jì)流程管理系統(tǒng)［8-9］。其中，集成的工具和開(kāi)發(fā)的模板庫(kù)如表1、表2所示，系統(tǒng)主界面和主流程如圖7和圖8所示。

表1 集成工具列表Tab.1 Table of integrated tools

圖7 系統(tǒng)主界面Fig.7 Main interface of the system

表2 模板庫(kù)列表Tab.2 Table of template databases

圖8 系統(tǒng)主流程Fig.8 Main process of the system

以其中的水動(dòng)力分析（圖9、圖10）為例進(jìn)行闡述。通過(guò)理論方法建立型值表，然后通過(guò)CATIA進(jìn)行三維幾何模型的建立、網(wǎng)格劃分、水動(dòng)力分析和結(jié)果文件輸出等，以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)分析功能。

圖9 幾何模型的建立Fig.9 Geometrical model creation

圖10 網(wǎng)格和水動(dòng)力結(jié)果Fig.10 Grid and hydrodynamic results

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用模板技術(shù)創(chuàng)建螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)，改進(jìn)了建模方式，提高了數(shù)據(jù)流處理的效率，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的管理和多學(xué)科關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)涉及理論設(shè)計(jì)方法、螺旋槳三維建模、CFD分析方法和有限元法的強(qiáng)度分析等多種設(shè)計(jì)分析手段。在理論設(shè)計(jì)方法中，可為升力線、升力面及面元法的核心計(jì)算程序提供簡(jiǎn)易、直觀的前處理界面，保證了螺旋槳理論設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性、便捷性，使得螺旋槳專業(yè)工程人員能夠高效地研發(fā)出優(yōu)良的螺旋槳。在螺旋槳三維建模及CFD分析方法中，通過(guò)SYSWARE集成工具軟件CATIA，ICEM和FLUENT，可實(shí)現(xiàn)螺旋槳實(shí)體模型的快速構(gòu)建，創(chuàng)建出符合流體分析工程需要的優(yōu)良網(wǎng)格模型，求解出螺旋槳的敞水性能并得到槳葉所受到的水動(dòng)力載荷分布。在使用有限元法的強(qiáng)度校核分析中，得到了高質(zhì)量槳葉有限元網(wǎng)格模型，開(kāi)發(fā)出了螺旋槳槳葉表面節(jié)點(diǎn)信息提取程序以及槳葉水動(dòng)力載荷插值有限元單元節(jié)點(diǎn)計(jì)算程序，突破了水動(dòng)力載荷向有限元節(jié)點(diǎn)傳遞的信息壁壘。

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