プロペラのモデリングでは、多くの場合で同じような設計アプローチが適用されています。

通常、ブレードは、レーキ・スキュー・ピッチなどの関数とプロファイルセクションの定義に基づいて構築され、そこにブレード数やプロペラ直径などのパラメータを追加することで、最終的なプロペラモデルが作成されます。

CAESESでは、CFDによる自動形状最適化にも適したプロペラCADモデルを高速かつ柔軟に設計するための機能とワークフローが搭載されおり、この手順は以下のステップに分けられます。

既存データからのプロペラモデル作成

異なる半径ごとのオフセットテーブルや設計関数の離散データなど、既存のプロペラデータが標準化された方法で保存されている場合、パラメトリックプロペラモデルは数ステップで自動的に作成することが可能となります。

例とする下記の図では、Propeller Free Format (PFF)が選択されています。

CAESESでは、PFF形式で保存されている既存のプロペラジオメトリを読み込み、柔軟でロバストなCADモデルを自動変換することができます。

その他の形式や特殊な形式である場合にも、CAESESのカスタムインポートを定義する機能を活用することで読み込みが可能となります。

CAESESに読み込まれたPFF形式ファイル

キャンバー分布とブレード厚み分布の抽出

先程の図のように、2Dのプロペラセクションが点群データとして読み込まれた場合、次にInterpolation Curve(補間曲線)を使用して、指定したすべての半径位置にパラメトリックセクションを作成します。

コードの関数としてキャンバーと厚さの両方を決定するために、各プロファイル曲線には円が内接されます。

そして、フェアリングはキャンバー分布に自動的に適用され、特に前縁領域と後縁領域の周囲における滑らかな形状を確保します。

その結果得られたキャンバーと厚みの分布は、プロペラの全半径に関して、つまり単一セクションの間でも連続的な定義を持つように、2つのサーフェスによって補間されます。

データから作成されたブレード分布関数

すべてのパラメータの半径関数は、NURBSカーブにより補間および定義されます。

それらの関数カーブはさらにパラメータ化され、ユーザーが柔軟に変更することができるようになります。

必要に応じて、ユーザー定義の曲線を使用したり、自動的に作成された関数を置き換えたりすることができます。

3Dプロペラモデルの作成

局所的なプロファイルセクションの場合、局所のコード分布を設けるため、キャンバーと厚みの補間サーフェスを任意の半径位置で交差させることができます。

翼厚はキャンバーラインから垂直にオフセットされており、前縁には追加のフェアリングが行われ、後縁は閉じられます。

そして、設計機能を通じてコード、最大キャンバー位置、最大キャンバー、最大厚み位置、最大厚みを調整します。

パラメトリックプロペラモデル

CAESESに搭載された汎用ブレード設計機能を使う場合には、ピッチ・レーキ・スキューが考慮され、ブレード数・プロペラ直径・ハブ半径/延長長さの設定することで定義完了となります。

可変フィレット

可変フィレットはブレードのルート上に作成されます。

分布関数は、カスタマイズや、ルートプロファイルの厚みに基づいて作成することができ、たとえば、圧力側と負圧側のプロファイルの厚みをそれぞれ2/3と1/3とすることも可能です。

可変フィレット

データ出力の形式

CAESESは、IGES・STEP・STL・Parasolidなどの標準形式の出力機能を提供しており、出力についてもスクリプトによる独自定義が可能です。

境界条件を持つソリッドモデル

CFD解析に使用する場合、シャフトと閉じたチップ部を含むソリッド形式のプロペラジオメトリを作成することができます。

境界やリファインメント領域は、特定のCFDコードの要件に応じて設定することができ、単一ブレードもしくはプロペラ全体の解析用ドメインを簡単に出力可能です。

CFD解析用のソリッドドメイン

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CAESESによるプロペラモデリングについては、info@fstech.jpまでお問合せください。