一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法技术

一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法，获取涡轮叶片实际铸造模型；对模型与叶片设计模型配准，根据叶片表面高度，等比例截取截面曲线，再将叶片截面曲线分解为四部分；求解叶片设计模型截面曲线的中弧线；根据气膜孔设计形位参数：中心点坐标求解该点对应的与叶片截面曲线相切的内切圆圆心点；求解圆心点在中弧线上对应的参数；求解叶片铸造模型截面曲线中弧线上对应参数u的点；求解切点，选取对应部位的切点，连接圆心点与气膜孔中心点，连接内切圆圆心点与气膜孔中心点，求解两条连线夹角；位于前后缘部位的气膜孔，以分界点为基准点，对缘头曲线处理，对应参数u相同的点为对应点，求解连线夹角为气膜孔方向变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法
本专利技术涉及涡轮叶片，尤其是涉及一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法。
技术介绍
高性能发动机的研制涉及众多领域的前沿关键技术，涡轮叶片是发动机的核心部件之一，由于它在高温高压环境下服役，需要有效的冷却手段。气膜冷却是一种通过在涡轮叶片表面设计大量线性排列的气膜孔，以形成薄层冷气膜隔离高温燃气的技术。由于叶片精铸过程流程复杂，叶片在铸造过程中会产生弯扭变形与体积收缩，目前气膜孔加工时并没有考虑这一实际存在的变形情况，仍然在原设计位置上进行气膜孔加工，为了保证叶片气冷效率达到预期，需要对气膜孔的形位参数进行修正。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对于目前气膜孔加工现状中忽略叶片实际变形这一现状，提供可应用在气膜孔加工流程中修正气冷效率的一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法。本专利技术包括以下步骤：1)获取涡轮叶片实际铸造模型；2)对叶片实际铸造模型与叶片设计模型进行配准，根据气膜孔所在叶片表面高度，等比例截取截面曲线；3)将叶片截面曲线分解为四部分：前缘、后缘、叶盆、叶背；4)求解叶片设计模型截面曲线的中弧线；5)根据气膜孔设计形位参数：中心点坐标(x,y)求解该点对应的与叶片截面曲线相切的内切圆圆心点；6)求解步骤5)中的内切圆圆心点在中弧线上对应的参数u；7)求解叶片铸造模型截面曲线中弧线上对应参数u的点；8)求解叶片铸造模型截面曲线上与步骤7)中所求点对应的内切圆与叶盆与叶背部位上的切点，根据气膜孔设计参数所处部位选取对应部位的切点，该切点即为修正后的气膜孔中心点；9)连接叶片设计模型截面曲线中内切圆圆心点与设计气膜孔中心点，连接叶片铸造模型截面曲线中内切圆圆心点与修正后的气膜孔中心点，求解两条连线之间的夹角，即为气膜孔的方向变化；10)位于前、后缘部位的气膜孔，以前、后缘部位与叶身部位的分界点为基准点，对缘头曲线进行均匀参数化处理，对应参数u相同的点为对应点，求解对应点与缘头曲线对应的圆心点之间连线的夹角为气膜孔的方向变化。上述修正方法只适用于前、后缘为圆形的叶片。本专利技术的有益效果如下：本专利技术利用叶片截面曲线本身的特征参数，建立合理的对应关系，根据叶片实际铸造产生的变形量对气膜孔形位参数进行修正，可应用于气膜孔加工流程中，对气膜冷却的冷却效率进行修正。附图说明图1是某型号叶片模型示意图。在图1中，标记A为叶片模型。图2是等比例截取叶片设计模型与铸造模型后的叶片截面曲线示意图。在图2中，标记1为叶片设计模型截面曲线，2为叶片铸造模型截面曲线。图3是叶片截面曲线特征参数示意图。在图3中，标记3为前缘曲线段，4为后缘曲线段，5为叶盆曲线段，6为叶背曲线段。图4是基于等半径法求解叶片截面曲线中弧线的方法示意图。图5是位于叶身部位的气膜孔参数修正方法示意图。图6是位于前、后缘的气膜孔参数修正方法示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。如图1～6所示，气膜孔形位参数修正过程，包括以下步骤：1、获取叶片实际铸造模型。可通过实物测量获取叶片的实际铸造模型，如图1所示(叶片模型为A)。2、采用最近点迭代法对叶片实际铸造模型与叶片设计模型进行配准，根据气膜孔设计参数中包含的中心点所在叶片模型的高度等比例截取叶片截面曲线，得到叶片设计模型截面曲线1与叶片铸造模型截面曲线2，如图2所示。3、将叶片截面曲线分解为四部分：前缘、后缘、叶盆、叶背。采用改进的多边形凸包提取算法求解叶盆曲线段，采用基于最小二乘法的带有圆的代数距离约束的圆曲线拟合算法拟合缘头曲线段，将叶片截面曲线分解为前缘曲线段3、后缘曲线段4、叶盆曲线段5与叶背曲线段6四部分，如图3所示。4、基于等半径法进行求解，获取叶片截面曲线的中弧线7如图3所示。基于等半径法求解中弧线的具体过程为：①如图4所示，Pi(i＝1,2,…,n)为叶背曲线Cb上一点，n为叶背曲线上的数据点个数，过点Pi沿该点向叶片截面曲线内部的法失方向作直线L，以前一数据点对应的内切圆半径作为初始值，在直线L上取点O使|PiO|＝Ri-1。②求解叶盆曲线Cp上距离点O最近的一点N。为减少迭代次数，以前一数据点对应内切圆在叶盆曲线Cp上的切点为初始点。③计算点N到点O的距离，设定判定条件为|NO|-|PiO|＜ε，ε为设定的最小误差值。若满足判定条件，则点O即为点Pi对应的内切圆圆心，点Pi与点N即为对应的切点。若不满足判定条件，则进行下一步骤。④过点N做叶盆曲线Cp的切线LN，过点Pi做叶背曲线Cb的切线LP，两切线相交于一点M，作角∠PiMN的角平分线LM与直线L交于点O'，过点O'作垂直于直线LN的直线LS与叶盆曲线Cp交于点S，则判断是否满足|NS|＜ε，若满足，则O'为内切圆圆心，若不满足，则以点S作为新的点N，重复本步骤，直到满足判定条件。5、气膜孔形位参数中包括气膜孔中心点的坐标值(x,y)，根据坐标求得设计气膜孔中心点S在叶片设计模型截面曲线上对应的内切圆及其圆心O(u)，如图5所示。6、求解步骤5中点O(u)在中弧线上对应的参数u。7、求解在叶片铸造模型截面曲线的中弧线上对应参数为u的点O(u)'，如图5所示。8、求解叶片铸造模型截面曲线上与步骤7中点O(u)'对应的内切圆，P'、S'为该内切圆在叶盆与叶背曲线段上的切点，如图5所示。由于点S位于叶背部位，则同样位于叶背部位的切点S'即为修正后的气膜孔中心点。9、连接叶片设计模型截面曲线中内切圆圆心点O(u)与设计气膜孔中心点S，连接叶片铸造模型截面曲线中内切圆圆心点O(u)'与修正后的气膜孔中心点S'，如图5所示。根据公式求解向量与之间的夹角α。根据矢量的叉积基于右手螺旋定则确定旋转方向，将气膜孔法向向量沿该旋转方向旋转角度α，获得气膜孔法向向量的修正方向。10、需要说明的是，位于前、后缘部位的气膜孔修正方法为：如图6所示，S点与P点为叶片设计模型截面曲线中前缘曲线与叶身部位的分界点，S'点与P'点为叶片铸造模型截面曲线中前缘曲线与叶身部位的分界点，点O与点O′分别为叶片设计模型与铸造模型截面曲线前缘拟合圆的圆心点。点Q(u)为设计气膜孔中心点位置，对缘头曲线段Csp与曲线段Cs'p'进行均匀参数化处理，求得点Q(u)在曲线段Csp上对应的参数u，在曲线段Cs'p'上求解对应参数为u的点Q(u)′，则Q(u)′点即为气膜孔修正后的中心点，根据公式求解向量与之间的夹角α，根据矢量的叉积基于右手螺旋定则确定旋转方向，将气膜孔法向向量沿该旋转方向旋转角度α，获得气膜孔法向向量的修正方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法，其特征在于包括以下步骤：1)获取涡轮叶片实际铸造模型；2)对叶片实际铸造模型与叶片设计模型进行配准，根据气膜孔所在叶片表面高度，等比例截取截面曲线；3)将叶片截面曲线分解为四部分：前缘、后缘、叶盆、叶背；4)求解叶片设计模型截面曲线的中弧线；5)根据气膜孔设计形位参数：中心点坐标(x,y)求解该点对应的与叶片截面曲线相切的内切圆圆心点；6)求解步骤5)中的内切圆圆心点在中弧线上对应的参数u；7)求解叶片铸造模型截面曲线中弧线上对应参数u的点；8)求解叶片铸造模型截面曲线上与步骤7)中所求点对应的内切圆与叶盆与叶背部位上的切点，根据气膜孔设计参数所处部位选取对应部位的切点，该切点即为修正后的气膜孔中心点；9)连接叶片设计模型截面曲线中内切圆圆心点与设计气膜孔中心点，连接叶片铸造模型截面曲线中内切圆圆心点与修正后的气膜孔中心点，求解两条连线之间的夹角，即为气膜孔的方向变化；10)位于前、后缘部位的气膜孔，以前、后缘部位与叶身部位的分界点为基准点，对缘头曲线进行均匀参数化处理，对应参数u相同的点为对应点，求解对应点与缘头曲线对应的圆心点之间连线的夹角为气膜孔的方向变化。...

【技术特征摘要】
1.一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法，其特征在于包括以下步骤：1)获取涡轮叶片实际铸造模型；2)对叶片实际铸造模型与叶片设计模型进行配准，根据气膜孔所在叶片表面高度，等比例截取截面曲线；3)将叶片截面曲线分解为四部分：前缘、后缘、叶盆、叶背；4)求解叶片设计模型截面曲线的中弧线；5)根据气膜孔设计形位参数：中心点坐标(x,y)求解该点对应的与叶片截面曲线相切的内切圆圆心点；6)求解步骤5)中的内切圆圆心点在中弧线上对应的参数u；7)求解叶片铸造模型截面曲线中弧线上对应参数u的点；8)求解叶片铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：董一巍，李晓琳，李效基，赵奇，王尔泰，黄玥，王希，
申请(专利权)人：厦门大学，厦门大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35