一种生成叶片加工坐标的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种生成叶片加工坐标的方法，包括：获取叶片的冷态叶片模型；采用网格插值法，生成第一冷态叶型；采用造型逼近法，生成第二冷态叶型；从第二冷态叶型中，截取叶片前缘和尾缘的坐标点，与第一冷态叶型拟合，以更新的坐标点替换第一冷态叶型中的对应坐标点，获得第三冷态叶型；对第三冷态叶型的前缘、尾缘分别与叶身的交界处进行光顺，获得最终冷态叶型，最终冷态叶型的坐标点为叶片的最终加工坐标。本发明专利技术还包括生成叶片加工坐标的装置、存储介质、计算机设备。本发明专利技术的生成叶片加工坐标的方法，在不增加有限元分析网格量的前提下，生成叶片加工坐标，确保加工坐标与有限元分析结果一致且前缘和尾缘局部区域有正确的形状和光滑性。形状和光滑性。形状和光滑性。

【技术实现步骤摘要】
一种生成叶片加工坐标的方法和装置


[0001]本专利技术涉及叶片加工领域，具体涉及一种生成叶片加工坐标的方法、存储介质、计算机设备和装置。

技术介绍

[0002]在进行叶轮机叶片气动设计时，通常考核设计工况下叶片的气动特性，即在承受热负荷和气动负荷时叶片的气动性能，设计出的叶片形状称之为热态叶型；叶轮机械在不运转时即无热负荷和气动负荷时的叶片形状称之为冷态叶型。由于热负荷和气动负荷的作用，叶片会产生一定的形变，热态叶型与冷态叶型存在差异，这种差异在高压比高负荷的叶轮机叶片（如多级轴流压气机）中更加显著。而在生产加工时用到的生产叶型是在没有热负荷和气动负荷条件下的冷态叶型，一般是应用有限元计算软件基于热态叶型计算得到冷态叶型。
[0003]当前流行的生成生产坐标的方法有两种：1）造型逼近法：即使用叶片造型软件，复现冷热转换所得的冷态有限元模型。这个过程中，需要不断调整迭代叶片造型输入参数，从而让造型结果逐渐逼近冷态有限元模型。对于变形规律较简单、或者变形量较小的叶片，例如静子叶片和增压级叶片，这种方法比较适用。但对于变形规律复杂、变形量大的叶片，例如高压压气机转子叶片，这种方法往往很难足够准确的复现冷态有限元模型。
[0004]2）网格插值法：即根据有限元分析所得的冷态网格节点坐标，插值生成叶片生产坐标。中国专利CN201510915701.2提供了这种方法的一种典型的实现方式。该方法可以直接对强度热转冷计算后生成的冷态叶型有限元网格节点进行排序、插值等处理，从而得到满足加工要求的叶型定义文件。该方法的机理决定了，无论叶片的变形规律多么复杂，都可以顺利输出生产坐标，且生产坐标与有限元分析结果高度一致。但为了让冷态有限元节点能足够准确地定义叶型前缘和尾缘形状，常规有限元分析所用的网格密度（如图1a所示）是不够的，必须对前缘和尾缘附近大幅度加密（如图1b所示），而这样加密时，为了满足网格长宽比的要求，沿叶片高度方向的网格也要同步加密，最终就形成了如图1c所示的高密度网格，导致强度分析时间大大增加。
[0005]因此，有必要提出一种生成叶片加工坐标的方法，在不增加叶片冷热变形有限元分析网格量的前提下，确保加工坐标与有限元分析结果一致且前缘和尾缘局部区域有正确的形状与光滑性。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种生成叶片加工坐标的方法和装置，在不增加叶片冷热变形有限元分析网格量的情况下，确保加工坐标与有限元分析结果一致且前缘和尾缘局部区域有正确的形状与光滑性。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种生成叶片加工坐标的方法，包括以下步骤：
1）获取所述叶片的冷态叶片模型，所述冷态叶片模型是通过热转冷有限元分析从热态叶型得到的；2）获取所述冷态叶片模型的冷态网格坐标点，采用网格插值法，生成一系列等高面上的基元叶型，以构成第一冷态叶型；3）采用造型逼近法，所述造型逼近法包括：基于所述有限元分析的结果，确定多个造型锥面，在多个所述造型锥面上生成基元叶型，根据一系列所述造型锥面上的基元叶型插值生成一系列位于等高面上的基元叶型，以构成第二冷态叶型，各所述等高面与步骤2）中所述网格插值法中的各对应等高面的高度相同；4）从所述第二冷态叶型中，截取前缘和尾缘的坐标点，与所述第一冷态叶型拟合，得到更新前缘坐标点和更新尾缘坐标点，采用所述更新前缘坐标点和更新尾缘坐标点替换所述第一冷态叶型中相对应的前缘和尾缘的坐标点，获得第三冷态叶型；5）对所述第三冷态叶型的前缘、尾缘分别与叶身的交界处进行光顺，以获得最终冷态叶型，所述最终冷态叶型的坐标点为所述叶片的最终加工坐标。
[0008]进一步地，步骤3）中的所述确定多个造型锥面和所述在多个所述造型锥面上生成基元叶型的方法包括以下步骤：3.1）基于所述有限元分析的结果，在所述热态叶型上选定叶尖的两点A1和A2以及位于叶根的两点C1和C2，并选定多组包含有两点的位于所述叶尖和所述叶根之间的B1和B2，确定所述冷态叶片模型上与所述A1、A2、C1、C2对应的点A
’
1、A
’
2、C
’
1、C
’
2，测得所述A1、A2、C1、C2与所述冷态叶片模型中对应点A
’
1、A
’
2、C
’
1、C
’
2的径向位移量和轴向位移量；针对每组B1和B2，采用下述公式，分别计算得到所述冷态叶片模型中与所述每组B1、B2对应的B
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1、B
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2的径向位移量：
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（1）
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（2）为所述B1处的叶高，为所述A1至所述C1的叶高；为所述B2处的叶高，为所述A2至所述C2的叶高；针对所述每组B1和B2，采用下述公式，分别计算得到所述冷态叶片模型中与所述每组B1、B2对应的所述B
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1、B
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2的轴向位移量：
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（3）
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（4）；3.2）根据所述，得到所述冷态叶片模型中与B1
‑
B2造型锥面相对应的B
’1‑
B
’
2造型锥面的位置；使用和所述热态叶型中相同的基元叶型参数，在所述B
’1‑
B
’
2造型锥面上生成基元叶型。
[0009]进一步地，步骤5）中所述光顺的方法包括：
5.1）选定所述前缘部分的型线和所述叶身部分的型线过渡处的两个控制点，分别记作D0和D；5.2）从所述D0沿远离叶身的第一方向选取多个控制点，其中，离所述D0最远的控制点记作E0，与所述E0相邻的控制点记作F0，从所述D沿与第一方向相反的第二方向选取多个控制点，其中，离所述D最远的控制点记作E，与所述E相邻的控制点F；5.3）取中间控制点G0和G，线段E0G0和线段EG分别在线段E0F0和线段EF所在的直线上；5.4）根据所述E0、E、G0和G作出一条三次贝塞尔曲线；5.5）在所述三次贝塞尔曲线上取多个点，所述点的密度与所述相邻控制点的密度相近，以多个所述点替代所述E0和E之间原有的坐标点；步骤5）还包括：选定所述尾缘部分的型线和所述叶身部分的型线过渡处的两个控制点，分别记作H0和H，用所述H0和H分别替代步骤5.1）中的所述D0和D，并进行步骤5.1）至5.4），以对所述尾缘和所述叶身的交界处进行光顺。
[0010]进一步地，所述控制点E0至所述控制点E的直线距离记作E0E，所述控制点D0至所述控制点D的直线距离记作D0D，所述E0E至少为所述D0D的30倍。
[0011]进一步地，所述控制点D0至所述控制点E0的直线距离记作D0E0，所述控制点D至所述控制点E的距离记作DE，所述线段E0G0和线段EG分别为所述D0E0、所述DE的0.82倍。
[0012]进一步地，步骤4）中，所述截取的前缘的坐标点和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）获取所述叶片的冷态叶片模型，所述冷态叶片模型是通过热转冷有限元分析从热态叶型得到的；2）获取所述冷态叶片模型的冷态网格坐标点，采用网格插值法，生成一系列等高面上的基元叶型，以构成第一冷态叶型；3）采用造型逼近法，所述造型逼近法包括：基于所述有限元分析的结果，确定多个造型锥面，在多个所述造型锥面上生成基元叶型，根据一系列所述造型锥面上的基元叶型插值生成一系列位于等高面上的基元叶型，以构成第二冷态叶型，各所述等高面与步骤2）中所述网格插值法中的各对应等高面的高度相同；4）从所述第二冷态叶型中，截取前缘和尾缘的坐标点，与所述第一冷态叶型拟合，得到更新前缘坐标点和更新尾缘坐标点，采用所述更新前缘坐标点和更新尾缘坐标点替换所述第一冷态叶型中相对应的前缘和尾缘的坐标点，获得第三冷态叶型；5）对所述第三冷态叶型的前缘、尾缘分别与叶身的交界处进行光顺，以获得最终冷态叶型，所述最终冷态叶型的坐标点为所述叶片的最终加工坐标。2.根据权利要求1所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，步骤3）中的所述确定多个造型锥面和所述在多个所述造型锥面上生成基元叶型的方法包括以下步骤：3.1）基于所述有限元分析的结果，在所述热态叶型上选定叶尖的两点A1和A2以及位于叶根的两点C1和C2，并选定多组包含有两点的位于所述叶尖和所述叶根之间的B1和B2，确定所述冷态叶片模型上与所述A1、A2、C1、C2对应的点A
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1、A
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2、C
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2，测得所述A1、A2、C1、C2与所述冷态叶片模型中对应点A
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1、A
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2、C
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2的径向位移量和轴向位移量；针对每组B1和B2，采用下述公式，分别计算得到所述冷态叶片模型中与所述每组B1、B2对应的B
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1、B
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2的径向位移量：
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（2）为所述B1处的叶高，为所述A1至所述C1的叶高；为所述B2处的叶高，为所述A2至所述C2的叶高；针对所述每组B1和B2，采用下述公式，分别计算得到所述冷态叶片模型中与所述每组B1、B2对应的所述B
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2的轴向位移量：
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（3）
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（4）；3.2）根据所述，得到所述冷态叶片模型中与B1
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B2造型锥面相对应的B
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B
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2造型锥面的位置；使用和所述热态叶型中相同的基元叶型参数，在所述B
’1‑
B
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2造型锥面上生成基元叶型。
3.根据权利要求1所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，步骤5）中所述光顺的方法包括：5.1）选定所述前缘部分的型线和所述叶身部分的型线过渡处的两个控制点，分别记作D0和D；5.2）从所述D0沿远离叶身的第一方向选取多个控制点，其中，离所述D0最远的控制点记作E0，与所述E0相邻的控制点记作F0，从所述D沿与第一方向相反的第二方向选取多个控制点，其中，离所述D最远的控制点记作E，与所述E相邻的控制点F；5.3）取中间控制点G0和G，线段E0G0和线段EG分别在线段E0F0和线段EF所在的直线上；5.4）根据所述E0、E、G0和G作出一条三次贝塞尔曲线；5.5）在所述三次贝塞尔曲线上取多个点，所述点的密度与所述相邻控制点的密度相近，以多个所述点替代所述E0和E之间原有的坐标点；步骤5）还包括：选定所述尾缘部分的型线和所述叶身部分的型线过渡处的两个控制点，分别记作H0和H，用所述H0和H分别替代步骤5.1）中的所述D0和D，并进行步骤5.1）至5.4），以对所述尾缘和所述叶身的交界处进行光顺。4.根据权利要求3所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，所述控制点E0至所述控制点E的直线距离记作E0E，所述控制点D0至所述控制点D的直线距离记作D0D，所述E0E至少为所述D0D的30倍。5.根据权利要求3所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，所述控制点D0至所述控制点E0的直线距离记作D0E0，所述控制点D至所述控制点E的距离记作DE，所述线段E0G0和线段EG分别为所述D0E0、所述DE的0.82倍。6.根据权利要求1所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，步骤4）中，所述截取的前缘的坐标点和所述尾缘的坐标点的范围分别为距离前缘点4%~15%的所述叶片弦长的范围、距离尾缘点4%~15%的所述叶片弦长的范围。7.根据权利要求6所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，所述叶片为高压压气机转子叶片，所述截取的前缘坐标点和所述尾缘坐标点的范围分别为距离前缘点5%的所述叶片弦长的范围、距离尾缘点5%的所述叶片弦长的范围。8.根据权利要求1所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，步骤4）中，采用最小二乘法进行拟合，当所述截取的第二冷态叶型中的每一个坐标点与所述第一冷态叶型的对应点的距离的平方之和最小，完成拟合。9.根据权利要求8所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，选择对不同位置的所述坐标点给予不同的权重w，当令达到最小，拟合完成。10.根据权利要求9所述的生成叶片加工坐标的方法，其特征在于，所述权重w为所述截取的第二冷态叶型中的每一个坐标点与其相邻的两个坐标点的距离之和的一半。11.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行时执行权利要求1至10中任一项所述的生成叶片加工坐标的方法。12.一种计算机设备，包括存储器、处理器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天一，曹传军，王进春，李游，吴志青，陆晓锋，王家广，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：