本发明涉及船舶推进，具体而言，尤其涉及一种螺旋桨几何特征提取以及曲面重构方法。
背景技术：
1、ellande tang等人利用3d扫描技术完成对螺旋桨叶片参数的摄影测量，对螺旋桨几何形状进行提取，但对设备仪器要求较高。张宏伟等人提出了螺旋桨型值点坐标计算程序设计方法，通过proe软件将数据文件手动导入进行实体建模，但表达桨叶方式仍为三维坐标点。程东等人对ug/grip进行二次开发，对螺旋桨建模关键技术进行探讨，对桨叶叶尖、根部过度等关键部位进行合理处理，建立精确的三维螺旋桨模型。吴利红等人利用matlab计算螺旋桨桨叶空间坐标点，通过proe一次性读入空间坐标点，但未提取准确特征参数，需手动建立三维实体螺旋桨。刘勇杰等人利用excel手动操作完成桨叶型值点的计算，采用vb.net语言编写程序，将excel里的型值点坐标值数据导入catia中，生成型值点云图。柳堪乐等人使用propcad和犀牛软件相结合对螺旋桨快速方法进行了研究，但不能对螺旋桨进行参数化表达。
2、现有研究下，只有对螺旋桨叶片三维坐标提取，没有提取螺旋桨特征参数与初始翼型方式，不利于后期对螺旋桨几何形状的灵活控制，无法通过改变特征参数，实现对实体模型的改变，无法建立螺旋桨几何特征与螺旋桨性能之间的关系。
技术实现思路
1、根据上述提出现有技术存在的技术问题，而提供一种螺旋桨几何特征提取以及曲面重构方法。
2、本发明采用的技术手段如下：
3、一种螺旋桨几何特征提取方法，具体包括以下步骤：
4、s1、在建模软件中建立三维坐标系xyz，将目标螺旋桨的三维模型放入三维坐标系内，使螺旋桨三维模型的桨轴和螺旋桨参考线分别与三维坐标系的x轴和y轴重合，螺旋桨三维模型中的桨叶上任一点a0在三维坐标系内的坐标为(x0，y0，z0)；
5、采用在建模软件中进行二次开发编写的环切程序，对桨叶在不同径向位置r处用底面半径等于r的圆柱体进行环切，圆柱体的中心轴与螺旋桨三维模型的桨轴重合，并将环切后得到的截面在三维坐标系中沿螺旋桨参考线展开得到桨叶在不同径向位置r处对应的翼剖面；
6、s2、在建模软件中进行二次开发编写螺距单位化变形程序，用于对s1得到的桨叶在不同径向位置r处对应的翼剖面进行螺距单位化变形：
7、(1)通过程序读取桨叶在不同径向位置r处对应的翼剖面的弦长的长度和位置以及螺距角β；
8、(2)在螺距单位化变形程序中，包括用于能够使翼剖面绕三维坐标系原点旋转螺距角β的函数根据翼剖面弦长的长度和位置，取弦长中点位置，根据函数控制翼剖面绕三维坐标系原点旋转螺距角β，然后通过程序读取翼剖面的纵倾xr、侧斜θs和螺距；
9、s3、采用在建模软件中进行二次开发编写的程序，将经过螺距单位化变形的桨叶在不同径向位置r处对应的翼剖面沿厚度方向均匀切分为n份，取分割线与翼剖面的上、下交点之间距离最大处，通过程序读取翼剖面的最大厚度t和最大拱度c；
10、s4、取桨叶在任意径向位置r处对应的翼剖面，采用在建模软件中进行二次开发编写的程序完成对翼剖面弦长、厚度和拱度的单位化变形，具体包括：
11、根据s2和s3得到的翼剖面的弦长、最大厚度t和最大拱度c，对翼剖面在三维坐标系内进行缩放完成对翼剖面弦长和厚度的单位化变形；并通过程序中包括的用于控制翼剖面拱度的拱度控制曲线函数f(x)，控制翼剖面的弯曲程度，去除拱度对翼剖面的影响，从而完成对翼剖面拱度的单位化变形，最终得到螺旋桨三维模型中桨叶对应的初始翼型，至此完成对螺旋桨几何特征提取。
12、进一步地，s1中，桨叶在不同径向位置r处的任一点a0在环切并展开后坐标通过以下公式变为a1(x1，y1，z1)：
13、
14、其中，x1表示点a1的x坐标的绝对值；α表示点a0与三维坐标系原点连线与y轴之间的夹角。
15、进一步地，s2中，程序读取翼剖面的纵倾xr时，首先根据量取翼剖面的总纵倾值xt，然后通过以下公式得到翼剖面的纵倾xr：
16、xt＝xr+rθs tanβ。
17、进一步地，s2中，经过螺距单位化变形后翼剖面上的点坐标通过以下公式变为a2(x2，y2，z2)：
18、
19、进一步地，s4中，经过弦长、厚度和拱度的单位化变形后翼剖面上的点坐标通过以下公式变为a：
20、a(x，y，z)＝(f(x2)/t，y2，z2/c)。
21、本发明还提供了一种螺旋桨曲面重构方法，采用了所述的螺旋桨几何特征提取方法，包括采用所述螺旋桨几何特征提取方法得到目标螺旋桨的桨叶对应的初始翼型，以及根据需要利用初始翼型对目标螺旋桨的桨叶进行曲面重构进而重构目标螺旋桨的三维模型；
22、其中，根据需要利用初始翼型进行螺旋桨桨叶的曲面重构具体包括以下步骤：
23、s1＇、根据采用所述螺旋桨几何特征提取方法得到的目标螺旋桨的桨叶在各径向位置r处对应的翼剖面的几何特征：弦长、纵倾xr、侧斜θs、螺距、最大厚度t和最大拱度c，对于每一个几何特征，分别形成一条表示目标螺旋桨的桨叶几何特征径向分布情况的原始参数曲线，并采用f-spline曲线拟合的方式对各几何特征对应的原始参数曲线进行拟合，分别得到每一个几何特征对应的拟合参数曲线；
24、s2＇、通过在建模软件中进行二次开发编写程序，实现利用s1＇得到的各几何特征对应的拟合参数曲线，对目标螺旋桨的桨叶进行参数化建模，并根据对重构螺旋桨桨叶的几何特征的要求，调节各条拟合参数曲线的形状，即可实现对螺旋桨桨叶的曲面重构，进而重构目标螺旋桨的三维模型。
25、进一步地，s2＇具体包括：
26、(1)在三维坐标系中，采用在建模软件中进行二次开发编写的程序，针对桨叶的各径向位置r，分别采用初始翼型，根据对重构螺旋桨桨叶的几何特征的要求调节后的弦长、最大厚度和最大拱度对应的拟合参数曲线，在径向位置r处对应的弦长的值、最大厚度的值t′和最大拱度的值c′，对初始翼型进行弦长、最大厚度和最大拱度的赋值，从而得到桨叶在各径向位置r处对应的二维变形翼型，具体包括：
27、通过程序控制初始翼型根据弦长和最大厚度的值进行缩放完成弦长和最大厚度的赋值；并通过程序中包括的拱度控制曲线函数f(x)，根据最大拱度的值控制初始翼型的弯曲程度，完成最大拱度的赋值；
28、在完成弦长、最大厚度和最大拱度的赋值后，初始翼型上任一点a0′在三维坐标系内的坐标(x0′，y′0，z′0)通过以下公式变为a1′(x1′，y1′，z1′)：
29、a1′(x1′，y1′，z1′)＝(f(t′x0′)，y0′，c′z′0)
30、(2)采用在建模软件中进行二次开发编写的程序，根据对重构螺旋桨桨叶的几何特征的要求调节后的纵倾、侧斜和螺距对应的拟合参数曲线，在径向位置r处对应的纵倾的值xr′、侧斜的值θs′和螺距的值以及螺距对应的螺距角β′的值，对桨叶在各径向位置r处对应的二维变形翼型进行纵倾、侧斜和螺距的赋值，从而得到桨叶在各径向位置r处对应的重构翼剖面；程序中包括用于使二维变形翼型绕三维坐标系原点旋转螺距角的β′的函数
31、具体包括：通过程序取二维变形翼型弦长中点位置，并据函数控制二维变形翼型绕三维坐标系原点旋转螺距角β′，然后通过程序完成对二维变形翼型进行纵倾、侧斜和螺距的赋值；
32、在完成纵倾、侧斜和螺距的赋值后，二维变形翼型上的点的坐标通过以下公式变为a2′(x2′，y′2，z′2)：
33、
34、(3)采用在建模软件中进行二次开发编写的卷取程序，对桨叶在各径向位置r处对应的重构翼剖面，采用底面半径等于r的圆柱体进行卷取，得到桨叶在各径向位置r处对应的重构截面；
35、卷取后重构翼剖面上的点的坐标通过以下公式变为a′(x′,y′,z′)：
36、
37、其中，x′表示点a′的x坐标的绝对值；α′表示a2′与三维坐标系原点连线与y轴之间的夹角；
38、(4)在建模软件中将桨叶在各径向位置r处对应的重构截面行光顺接合，完成目标螺旋桨的桨叶的曲面重构，进而根据需要重构的目标螺旋桨的桨叶数量排布多个重构的桨叶，实现目标螺旋桨的三维模型的重构。
39、较现有技术相比，本发明具有以下优点：
40、本发明提供的螺旋桨几何特征提取以及曲面重构方法，能够实现由螺旋桨实体模型到几何特征参数的反向变换，通过二次开发编写的程序对螺旋桨桨叶进行环切并展开得到翼剖面，通过对翼剖面进行几何变形与读取完成对桨叶几何特征(弦长、厚度、拱度、纵倾、侧斜、螺距)的提取并得到螺旋桨的初始翼型，同时，根据提取的螺旋桨几何特征拟合得到相应的参数曲线能够实现对螺旋桨桨叶的曲面重构，在进行曲面重构的过程中，本发明将螺旋桨几何特征定义为能够控制螺旋桨实体模型几何变化的控制变量，通过改变几何特征参数，能够分析螺旋桨几何特征与性能之间的关系。
41、基于上述理由本发明可在航空、航天、航海及工业能源动力领域的机翼、舵片、叶轮机及泵机叶片等领域广泛推广。
1.一种螺旋桨几何特征提取方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的螺旋桨几何特征提取方法，其特征在于，s1中，桨叶在不同径向位置r处的任一点a0在环切并展开后坐标通过以下公式变为a1(x1，y1，z1)：
3.根据权利要求2所述的螺旋桨几何特征提取方法，其特征在于，s2中，程序读取翼剖面的纵倾xr时，首先根据量取翼剖面的总纵倾值xt，然后通过以下公式得到翼剖面的纵倾xr：
4.根据权利要求3所述的螺旋桨几何特征提取方法，其特征在于，s2中，经过螺距单位化变形后翼剖面上的点坐标通过以下公式变为a2(x2，y2，z2)：
5.根据权利要求4所述的螺旋桨几何特征提取方法，其特征在于，s4中，经过弦长、厚度和拱度的单位化变形后翼剖面上的点坐标通过以下公式变为a：
6.一种螺旋桨曲面重构方法，其特征在于，采用了权利要求1-5任一项所述的螺旋桨几何特征提取方法，包括采用所述螺旋桨几何特征提取方法得到目标螺旋桨的桨叶对应的初始翼型，以及根据需要利用初始翼型对目标螺旋桨的桨叶进行曲面重构进而重构目标螺旋桨的三维模型；
7.根据权利要求6所述的螺旋桨曲面重构方法，其特征在于，s2＇具体包括：
