一种叶片叶型外形几何的计算方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种叶片叶型外形几何的计算方法、装置及设备通过先得到上、下弧线的连接的吸力面点和压力面点，对前缘弧线和后缘弧线基于第1个离散点和第n个离散点逐一计算得到m1个前缘离散点和m2个后缘离散点的坐标位置，将m1个前缘离散点坐标的点绘制成前缘弧线以及m2个后缘离散点坐标的点绘制成后缘弧线，之后将得到的前缘弧线、上弧线、下弧线和后缘弧线连接成封闭的图形，得到叶片叶型的几何外形形状，该叶片叶型外形几何的计算方法得到的前缘弧线和后缘弧线精度高，解决了现有叶型几何外形是以该离散点处中弧线法线与圆的交点作为叶型上的一点，采用此方法设计的叶片叶型在前后缘位置处的精度较低的技术问题。前后缘位置处的精度较低的技术问题。前后缘位置处的精度较低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种叶片叶型外形几何的计算方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及叶轮机叶片设计
，尤其涉及一种叶片叶型外形几何的计算方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]叶轮机是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工作元件，实现工作元件与工质之间能量转换的一类机械。叶轮机是诸多工业领域设备的核心部件，比如能源领域的核电站、水电站、火力发电厂的燃气轮机，风力机的叶片，航空航天领域中航空发动机的压气机、涡轮，航海领域的螺旋桨推进器等等。由此可见，叶轮机在工业领域中具有非常重要的作用。
[0003]叶片是叶轮机的核心部件，对叶轮机的性能影响至关重要。叶型是沿着轴向流面，对叶片截取的剖面，是叶片设计的基础，通过设计中弧线和厚度分布来获取性能优良的叶型，是叶型设计中最常用的方法。其中，中弧线定义为叶型内切圆圆心的连线，厚度分布定义为叶型各个内切圆的直径，根据已知中弧线和厚度分布可以根据定义获取叶型的几何外形，不同的中弧线和厚度分布对应不同的几何外形。
[0004]由中弧线和厚度分布计算叶型几何外形是现有常用方法，该方法是以中弧线上的离散点为圆心，该离散点处厚度的一半为半径画圆，以该离散点处中弧线法线与圆的交点作为叶型上的一点，采用现有这种方法设计的叶片叶型在前后缘位置处的精度较低。
[0005]针对这个问题，需要提供一种如何提高叶型在前后缘位置处精度的计算叶型外形的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种叶片叶型外形几何的计算方法、装置及设备，用于解决现有叶型几何外形是以中弧线上的离散点为圆心，该离散点处厚度的一半为半径画圆，以该离散点处中弧线法线与圆的交点作为叶型上的一点，采用此方法设计的叶片叶型在前后缘位置处的精度较低的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0008]一种叶片叶型外形几何的计算方法，基于叶片叶型的中弧线建立xy轴的二维坐标系，包括以下步骤：
[0009]S1.在叶片叶型的中弧线上设置n个离散点且在叶片叶型的前缘弧形上设置m1个前缘离散点和后缘弧形上设置m2个后缘离散点，设定叶型的最大圆心距离以及与每个所述离散点对应的厚度，并以所述离散点为圆心、对应离散点的厚度为直径作圆；
[0010]S2.基于相邻两个离散点i和离散点i+1之间的距离小于所述最大圆心距离，得到两圆相交的离散点i和离散点i+1；
[0011]S3.根据所述离散点i和所述离散点i+1计算交点坐标，得到与所述离散点i对应的吸力面点和压力面点，同理，根据步骤S2和步骤S3得到与n个离散点对应的吸力面点和压力
面点，对n个吸力面点和n个压力面点分别绘制成上弧线和下弧线；
[0012]S4.基于所述中弧线的第1个离散点O1、第1个吸力面点R1、第1个压力面点D1和所述中弧线的第n个离散点O
n
、第n个吸力面点R
n
、第n个压力面点D2，计算得到前缘吸力夹角、前缘夹角、后缘吸力夹角和后缘夹角；
[0013]S5.根据所述前缘夹角和前缘离散点的个数m1计算，得到前缘弧形上相邻两个所述前缘离散点之间的第一夹角；所述后缘夹角和后缘离散点的个数m2计算，得到后缘弧形上相邻两个所述后缘离散点之间的第二夹角；
[0014]S6.根据第1个离散点O1的坐标、第1个离散点O1的厚度、所述第一夹角和所述前缘吸力夹角计算得到第j个前缘离散点的坐标；根据第n个离散点O
n
的坐标、第n个离散点O
n
的厚度、所述第二夹角和所述后缘吸力夹角计算得到第j'个后缘离散点的坐标；
[0015]S7.根据步骤S6得到m1个前缘离散点的坐标和m2个后缘离散点的坐标并对m1个前缘离散点坐标的点绘制成前缘弧线以及m2个后缘离散点坐标的点绘制成后缘弧线，根据所述前缘弧线、所述上弧线、所述下弧线和所述后缘弧线得到叶片叶型；
[0016]其中，i∈n，j∈m1，j'∈m2，n、m1、m2均为大于0的自然数。
[0017]优选地，在步骤S2中，基于相邻两个离散点i和离散点i+1之间的距离小于所述最大圆心距离，得到两圆相交的离散点i和离散点i+1之前还包括：
[0018]若i<n，计算n
‑
1个任意相邻两个离散点i和离散点i+1之间的距离，判断每个所述距离是否小于所述最大圆心距离；
[0019]若是，得到两圆相交的离散点i和离散点i+1；
[0020]若否或当i＝n时，采用弧长插值方法增加插值离散点k以及其对应的厚度，直至离散点i与离散点k之间的圆心距小于所述最大圆心距离，得到两圆相交的离散点i和离散点k；
[0021]其中，i+1＝k。
[0022]优选地，在步骤S3中，根据所述离散点i和所述离散点i+1计算交点坐标，得到与所述离散点i对应的吸力面点和压力面点的步骤包括：
[0023]获取与两个离散点对应圆相交点坐标对应的第一相交点和第二相交点；
[0024]将所述第一相交点与所述第二相交点连线得到第一直线，将与所述第一相交点和所述第二相交点对应圆的圆心连线得到第二直线，所述第一直线与所述第二直线相交的点记为第一交点；
[0025]过所述第一交点作与二维坐标系x轴平行的第三直线，过所述第一相交点作与二维坐标系y轴平行的第四直线，所述第三直线与所述第四直线相交的点记为第二交点；
[0026]根据所述第一交点的坐标和所述第二交点的坐标计算，得到所述第一相交点的坐标和所述第二相交点坐标；
[0027]将所述第一相交点的坐标作为吸力面点的坐标，将所述第二相交点的坐标作为压力面点的坐标，即得到与离散点对应的吸力面点和压力面点。
[0028]优选地，根据所述第一交点的坐标和所述第二交点的坐标计算，得到所述第一相交点的坐标和所述第二相交点坐标包括：
[0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037]式中，为第一相交点的坐标，为第二相交点的坐标，为第一交点的坐标，为第二直线的斜率，t
i
为与第i个离散点O
i
对应的第i个厚度，为第i个离散点O
i
的坐标，为第i+1个离散点O
i+1
的坐标。
[0038]优选地，在步骤S5和步骤S6中，根据第1个离散点O1的坐标、第1个离散点O1的厚度、所述第一夹角和所述前缘吸力夹角计算得到第j个前缘离散点的坐标包括：
[0039][0040][0041][0042]式中，α为第一夹角，β为前缘夹角，∠R1O1D1为前缘吸力夹角，为第1个离散点O1的坐标，为第j个前缘离散点的坐标，t1为第1个离散点O1的厚度。
[0043]优选地，在步骤S5和步骤S6中，根据第n个离散点O
n
的坐标、第n个离散点O
n
的厚度、所述第二夹角和所述后缘吸力夹角计算得到第j'本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片叶型外形几何的计算方法，其特征在于，基于叶片叶型的中弧线建立xy轴的二维坐标系，包括以下步骤：S1.在叶片叶型的中弧线上设置n个离散点且在叶片叶型的前缘弧形上设置m1个前缘离散点和后缘弧形上设置m2个后缘离散点，设定叶型的最大圆心距离以及与每个所述离散点对应的厚度，并以所述离散点为圆心、对应离散点的厚度为直径作圆；S2.基于相邻两个离散点i和离散点i+1之间的距离小于所述最大圆心距离，得到两圆相交的离散点i和离散点i+1；S3.根据所述离散点i和所述离散点i+1计算交点坐标，得到与所述离散点i对应的吸力面点和压力面点，同理，根据步骤S2和步骤S3得到与n个离散点对应的吸力面点和压力面点，对n个吸力面点和n个压力面点分别绘制成上弧线和下弧线；S4.基于所述中弧线的第1个离散点O1、第1个吸力面点R1、第1个压力面点D1和所述中弧线的第n个离散点O
n
、第n个吸力面点R
n
、第n个压力面点D2，计算得到前缘吸力夹角、前缘夹角、后缘吸力夹角和后缘夹角；S5.根据所述前缘夹角和前缘离散点的个数m1计算，得到前缘弧形上相邻两个所述前缘离散点之间的第一夹角；所述后缘夹角和后缘离散点的个数m2计算，得到后缘弧形上相邻两个所述后缘离散点之间的第二夹角；S6.根据第1个离散点O1的坐标、第1个离散点O1的厚度、所述第一夹角和所述前缘吸力夹角计算得到第j个前缘离散点的坐标；根据第n个离散点O
n
的坐标、第n个离散点O
n
的厚度、所述第二夹角和所述后缘吸力夹角计算得到第j'个后缘离散点的坐标；S7.根据步骤S6得到m1个前缘离散点的坐标和m2个后缘离散点的坐标并对m1个前缘离散点坐标的点绘制成前缘弧线以及m2个后缘离散点坐标的点绘制成后缘弧线，根据所述前缘弧线、所述上弧线、所述下弧线和所述后缘弧线得到叶片叶型；其中，i∈n，j∈m1，j'∈m2，n、m1、m2均为大于0的自然数。2.根据权利要求1所述的叶片叶型外形几何的计算方法，其特征在于，在步骤S2中，基于相邻两个离散点i和离散点i+1之间的距离小于所述最大圆心距离，得到两圆相交的离散点i和离散点i+1之前还包括：若i<n，计算n
‑
1个任意相邻两个离散点i和离散点i+1之间的距离，判断每个所述距离是否小于所述最大圆心距离；若是，得到两圆相交的离散点i和离散点i+1；若否或当i＝n时，采用弧长插值方法增加插值离散点k以及其对应的厚度，直至离散点i与离散点k之间的圆心距小于所述最大圆心距离，得到两圆相交的离散点i和离散点k；其中，i+1＝k。3.根据权利要求1所述的叶片叶型外形几何的计算方法，其特征在于，在步骤S3中，根据所述离散点i和所述离散点i+1计算交点坐标，得到与所述离散点i对应的吸力面点和压力面点的步骤包括：获取与两个离散点对应圆相交点坐标对应的第一相交点和第二相交点；将所述第一相交点与所述第二相交点连线得到第一直线，将与所述第一相交点和所述第二相交点对应圆的圆心连线得到第二直线，所述第一直线与所述第二直线相交的点记为第一交点；
过所述第一交点作与二维坐标系x轴平行的第三直线，过所述第一相交点作与二维坐标系y轴平行的第四直线，所述第三直线与所述第四直线相交的点记为第二交点；根据所述第一交点的坐标和所述第二交点的坐标计算，得到所述第一相交点的坐标和所述第二相交点坐标；将所述第一相交点的坐标作为吸力面点的坐标，将所述第二相交点的坐标作为压力面点的坐标，即得到与离散点对应的吸力面点和压力面点。4.根据权利要求3所述的叶片叶型外形几何的计算方法，其特征在于，根据所述第一交点的坐标和所述第二交点的坐标计算，得到所述第一相交点的坐标和所述第二相交点坐标包括：包括：包括：包括：包括：包括：包括：包括：式中，为第一相交点的坐标，为第二相交点的坐标，为第一交点的坐标，为第二直线的斜率，t
i
为第i个离散点O
i
的厚度，为第i个离散点O
i
的坐标，为第i+1个离散点O
i+1
的坐标。5.根据权利要求1所述的叶片叶型外形几何的计算方法，其特征在于，在步骤S5和步骤S6中，根据第1个离散点O1的坐标、第1个离散点O1的厚度、所述第一夹角和所述前缘吸力夹角计算得到第j个前缘离散点的坐标包括：
式中，α为第一夹角，β为前缘夹角，∠R1O1D1为前缘吸力夹角，为第1个离散点O1的坐标，为第j个前缘离散点的坐标，t1为第1个离散点O1的厚度。6.根据权利要求1所述的叶片叶型外形几何的计算方法，其特征在于，在步骤S5和步骤S6中，根据第n个离散点O
n
的坐标、第n个离散点O
n
的厚度、所述第二夹角和所述后缘吸力夹角计算得到第j'个后缘离散点的坐标包括：角...

【专利技术属性】
技术研发人员：段焰辉，王本斐，周鑫，王光学，林锦星，廖逸枭，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：