性能件设计方法技术

本发明专利技术公开了一种性能件设计方法，涉及涡轮发动机领域，用以提高性能件的设计效率。该性能件设计方法包括以下步骤：确定性能件的固体分析域和流体分析域；建立性能件的固体分析域的三维网格模型；根据固体分析域的三维网格模型，得到流体分析域的三维网格模型；建立固体分析域的三维网格模型和流体分析域的三维网格模型交界处的网格节点的对应关系；计算得到性能件的三维模型。该设计方法，通过在三维网格模型建立阶段使得固体分析域的三维网格模型和流体分析域的三维网格模型同步关联，减少了性能件设计方法过程中迭代计算的次数，大大提高了设计效率。大提高了设计效率。大提高了设计效率。

【技术实现步骤摘要】
性能件设计方法


[0001]本专利技术涉及涡轮发动机领域，具体涉及一种性能件设计方法。

技术介绍

[0002]预旋喷嘴是航空发动机高压涡轮单元体的重要零部件之一，属于大型薄壁环状件。预旋喷嘴位于燃烧室和高压涡轮之间。预旋喷嘴用于为下游的涡轮转子提供预旋的冷却气体。预旋喷嘴是一种具有内外环薄壁结构的环形件，其结构复杂，叶片高度小，是发动机零部件中制造难度最大的零件之一。相关技术中，采用铸造工艺制造预旋喷嘴，这种方法成品率低，周期长。
[0003]在预旋喷嘴的设计阶段，对于预旋喷嘴的优化，采用流固耦合优化方法。该方法为：建立结构优化模型、气动性能优化模型以及中间平台。中间平台用来传递结构模型和流场边界。具体优化步骤为：先进行结构优化，将优化后的结构作为气动性能优化的输入；然后进行气动性能优化，优化后的流场边界作为结构优化的输入，再进行结构优化。如此往复迭代。
[0004]专利技术人发现，现有技术中至少存在下述问题：这种往复迭代得优化方法，每次迭代都需要重新建立结构和性能分析的网格模型，计算成本高，设计效率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种性能件设计方法，用以改善性能件的设计方法，提高设计精度和设计效率。
[0006]本专利技术实施例提供了一种性能件设计方法，包括以下步骤：
[0007]确定性能件的固体分析域和流体分析域；
[0008]建立所述性能件的固体分析域的三维网格模型；
[0009]根据所述固体分析域的三维网格模型，得到所述流体分析域的三维网格模型；
[0010]建立所述固体分析域的三维网格模型和所述流体分析域的三维网格模型交界处的网格节点的对应关系；
[0011]计算得到所述性能件的三维模型。
[0012]在一些实施例中，在所述设计得到所述性能件的三维模型之前，还包括以下步骤：
[0013]根据所述性能件的减重需求，确定所述性能件的待优化区域；
[0014]对所述待优化区域，进行去除材料的设计或者填充。
[0015]在一些实施例中，填充方式包括网格填充。
[0016]在一些实施例中，在所述设计得到所述性能件的三维模型之前，还包括以下步骤：
[0017]根据所述性能件的受力情况，确定所述性能件的待加强区域；
[0018]增加所述待加强区域的材料厚度。
[0019]在一些实施例中，在设计得到所述性能件的三维模型之后，还包括以下步骤：
[0020]验证所述性能件的三维模型是否符合工艺要求；
[0021]打印符合工艺要求的所述性能件的三维模型，以得到所述性能件。
[0022]在一些实施例中，所述根据所述固体分析域的三维网格模型，得到所述流体分析域的三维网格模型，包括以下步骤：
[0023]从所述固体分析域的三维网格模型中提取所述固体分析域用于和所述流体分析域交界的面网格，并将该面网格作为共用网格；
[0024]建立所述流体分析域的二维网格，并将所述二维网格与所述共用网格节点重合，以得到所述流体分析域的整体二维网格模型；
[0025]根据所述流体分析域的整体二维网格模型，得到所述流体分析域的三维网格模型。
[0026]在一些实施例中，在所述建立所述固体分析域的三维网格模型和所述流体分析域的三维网格模型交界处的网格节点的对应关系之后，还包括以下步骤：
[0027]确定所述性能件的优化目标参数；
[0028]根据所述优化目标参数，迭代优化所述固体分析域的三维网格模型和所述流体分析域的三维网格模型。
[0029]在一些实施例中，所述优化目标参数至少包括以下其中之一：强度参数、性能参数。
[0030]在一些实施例中，所述性能件包括以下其中之一：预旋喷嘴、压气机的导向叶片、涡轮的导向叶片、燃油喷嘴。
[0031]上述技术方案提供的性能件设计方法，在设计过程中，先根据性能件自身的特点将性能件划分为固体分析域和流体分析域，然后建立固体分析域的三维网格模型。根据得到的固体分析域的三维网格模型，确定流体分析域的三维网格模型。上述方法，在确定流体分析域的三维网格模型的过程中，所依据的是固体分析域的三维网格模型中的参数，这样就使得固体分析域的三维网格模型和流体分析域的三维网格模型不是完全独立的，而是在固体分析域和流体分析域的交界处具有部分相同的、一一对应的网格节点。在后续的优化设计过程中，这些相同的网格节点一致保持相同的坐标参数。如果设计过程中，一对对应的节点中的其中一个的坐标参数发生改变，那么这对对应的节点中的另一个也同步发生变化。也就是说，固体分析域的三维网格模型和流体分析域的三维网格模型同步关联、可以同步调整。这种设计方法，减少了性能件设计方法过程中迭代计算的次数，无需在流固耦合迭代部中重新分网，大大提高了设计效率。
附图说明
[0032]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0033]图1为本专利技术一些实施例提供的性能件设计方法流程示意图；
[0034]图2为其中一种性能件的结构示意图；
[0035]图3为图2的A局部方法示意图；
[0036]图4为根据本专利技术一些实施例提供的性能件设计方法划分出性能件的固体分析域和流体分析域的示意图；
[0037]图5为本专利技术另一些实施例提供的性能件设计方法中得到流体分析域三维网格模
型的流程示意图；
[0038]图6为根据本专利技术另一些实施例提供的性能件设计方法得到的流体分析域的二维网格区域的边界示意图；
[0039]图7为本专利技术又一些实施例提供的性能件设计方法流程示意图；
[0040]图8为根据本专利技术又一些实施例提供的性能件设计方法对性能件进行减重设计的示意图；
[0041]图9为根据本专利技术又一些实施例提供的性能件设计方法对性能件进行局部加强设计的示意图；
[0042]图10为根据本专利技术又一些实施例提供的性能件设计方法对预旋喷嘴进行设计的流程示意图。
具体实施方式
[0043]下面结合图1～图10对本专利技术提供的技术方案进行更为详细的阐述。
[0044]本专利技术实施例提供一种性能件设计方法，用于实现性能件1的设计。性能件1包括以下其中之一：预旋喷嘴、压气机的导向叶片、涡轮的导向叶片、燃油喷嘴。
[0045]参见图1，该性能件设计方法包括以下步骤：
[0046]步骤S100、确定性能件1的固体分析域和流体分析域。
[0047]性能件1的固体分析域对应了性能件1的实体结构。性能件1的流体分析域则是进入到性能件1中、或者流经性能件1部分区域的流体所在的区域。以预旋喷嘴为例，参见图2、图3和图4，气体沿着箭头S0所示意的方向流入到预旋喷嘴的空腔中。预旋喷嘴的薄壁壳体对应的是固体分析域S1；预旋喷嘴的流入口和流出口处各有一片流体分析域S2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种性能件设计方法，其特征在于，包括以下步骤：确定性能件的固体分析域和流体分析域；建立所述性能件的固体分析域的三维网格模型；根据所述固体分析域的三维网格模型，得到所述流体分析域的三维网格模型；建立所述固体分析域的三维网格模型和所述流体分析域的三维网格模型交界处的网格节点的对应关系；计算得到所述性能件的三维模型。2.根据权利要求1所述的性能件设计方法，其特征在于，在所述计算得到所述性能件的三维模型之前，还包括以下步骤：根据所述性能件的减重需求，确定所述性能件的待优化区域；对所述待优化区域，进行去除材料的设计或者填充。3.根据权利要求2所述的性能件设计方法，其特征在于，填充方式包括网格填充。4.根据权利要求1所述的性能件设计方法，其特征在于，在所述计算得到所述性能件的三维模型之前，还包括以下步骤：根据所述性能件的受力情况，确定所述性能件的待加强区域；增加所述待加强区域的材料厚度。5.根据权利要求1所述的性能件设计方法，其特征在于，在设计得到所述性能件的三维模型之后，还包括以下步骤：验证所述性能件的三维模型是否符合工艺要求；打印符合工艺要求的所述性能件的三维模型，以得到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚煦，柴象海，石磊，
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：