一种用于压气机叶片角设计的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及轴流、离心及斜流压气机技术领域，解决了目前压气机叶片设计时耗费时间周期长的问题，具体为一种用于压气机叶片角设计的方法及系统，叶片角设计方法包括以下步骤：首先将叶片各截面叶型的弦长归一化处理为闭区间[0，1]；分析叶片角关于叶型弦长的相对位置，并记为x，所述x∈[0，1]；建立若干组多项式来表示叶片角分布形式，所述若干组多项式在闭区间[0，1]内对应的分段函数记为f(x)，建立函数程序，引入一组数列：Q、R、S和T，对所述f(x)进行分析和计算；调整所述多项式的系数来快速对压气机叶片角分布形式进行修改。本发明专利技术通过调整多项式系数，便实现对叶片角分布形式的修改，实现压气机叶片造型的快速迭代。现压气机叶片造型的快速迭代。现压气机叶片造型的快速迭代。

【技术实现步骤摘要】
一种用于压气机叶片角设计的方法及系统


[0001]本专利技术涉及轴流、离心及斜流压气机
，特别涉及一种用于压气机叶片角设计的方法及系统。

技术介绍

[0002]叶轮机械通过旋转对气体做功，达到压缩气体的目的，航空发动机压气机的种类可以分为多级轴流、轴流离心、斜流离心等形式，通过压气机不断旋转压缩气体的方式实现比较高的增压比。
[0003]单级压气机压缩气体的能力往往由轮缘功决定，轮缘功的大小与压气机叶片角分布相关，因此压气机叶片角分布是决定压气机气动性能的关键因素。不同压气机的进口条件和负荷水平不同，其采用的叶片角分布形式存在差异。压气机叶片几何外形通过在叶片中弧线上叠加厚度分布得到，叶片中弧线可以通过叶片角沿叶片弦线积分得到，因此叶片角分布形式决定压气机叶片几何外形，是压气机设计活动中的核心因素之一。
[0004]压气机叶片角的分布往往用一组离散的数据点表示，通过反复调整叶片角曲线上的离散点，达到改变压气机叶片的几何外形，实现设计目标。随着航空发动机功率、油耗等指标要求的不断提高，压气机气动负荷也不断提高，压气机叶片几何外形更加的扭曲，为了更加精确地表达叶片角分布，需要更多的离散点数量；因此，设计出几何外形满足要求的叶片，需要耗费的时间周期更多。
[0005]目前轴流压气机、离心压气机以及斜流压气机在设计叶片时，通过调整叶片角分布实现修改叶片的几何外形；因叶片角往往使用一组或多组离散的数据点来代表，不同的压气机叶片角分布形式不同；要完成一台压气机叶片设计往往需要调整数量众多的叶片角数据点，叶片角数据点调整的工作量大、耗费时间周期长，制约了压气机设计技术的发展以及性能指标的提升；因此亟待提出一种用于压气机叶片角设计的方法及系统来缩短叶片角设计的周期。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于压气机叶片角设计的方法及系统，目的是为了具备通过利用多项式来表达压气机叶片角的分布形式，经计算、调整多项式系数可缩短叶片角设计周期的能力，解决目前压气机叶片设计时需要调整数量众多的叶片角数据点，工作量大、耗费时间周期长的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于压气机叶片角设计的方法，所述叶片角设计的方法包括以下步骤：
[0008]首先将叶片各截面叶型的弦长归一化处理为闭区间[0，1]；
[0009]分析叶片角关于叶型弦长的相对位置，并记为x，所述x∈[0，1]；
[0010]建立若干组多项式来表示叶片角分布形式，所述若干组多项式在闭区间[0，1]内对应的分段函数记为f(x)，所述x为f(x)的唯一自变量；
[0011]建立函数程序，引入一组数列：Q、R、S和T，对所述f(x)进行分析和计算，得到新的叶片角的一组坐标；
[0012]调整所述多项式的系数来快速对压气机叶片角分布形式进行修改。
[0013]优选的，所述建立函数程序包括以下步骤：
[0014]将所述闭区间[0，1]分成N等份，得到一个具有N+1个元素的数列Q＝{Q0，Q1，Q2，
…
Q
N
}＝{x0，x1，x2，
…
x
N
}；
[0015]构建数列R＝{R0，R1，R2，
…
R
N
}＝{0，(f(x0)﹣f(x1))/(f(x0)﹣f(x
N
))，(f(x1)﹣f(x2))/(f(x0)﹣f(x
N
))，
…
(f(x
N﹣1
)﹣f(x
N
))/(f(x0)﹣f(x
N
))}；
[0016]构建数列S＝{S0，S1，S2，
…
S
N
}＝{detaAfa*R(0)，detaAfa*R(1)，
…
detaAfa*R(N)}，其中detaAfa＝Afa
in
﹣Afa
out
，Afa
in
为叶型进口角度，Afa
out
为叶型出口角度；
[0017]构建数列
[0018][0018]所述新的叶片角的一组坐标为(Q
i
，T
i
)，i∈[0，N]；
[0019]优选的，所述若干组多项式包括有若干组三次多项式，所述若干组三次多项式包括有两组/三组三次多项式。
[0020]优选的，所述两组三次多项式表示叶片角分布形式的实现方法包括以下步骤：
[0021]向闭区间[0，1]内插入一点，所述一点在闭区间[0，1]内的对应值记为t，闭区间[0，1]被一点分成两个相邻区间；
[0022]针对两个相邻区间，建立两组三次多项式来表示叶片角的分布。
[0023]优选的，所述两个相邻区间包括：[0，t)、[t，1]，其中，t的取值区间为(0，1)。
[0024]优选的，所述两组三次多项式分别为：
[0025]aX3+bX2+cX+d，其中，0≤x﹤t，a、b、c和d为对应多项式的系数，且为可变常量；
[0026]eX3+fX2+gX+h，其中，t≤x≤1，e、f、g和h为对应多项式的系数，且为可变常量。
[0027]优选的，aX3+bX2+cX+d和eX3+fX2+gX+h对应的分段函数为：所述f(x)在x＝t处一阶可导。
[0028]优选的，所述三组三次多项式表示叶片角分布形式的实现方法包括以下步骤：
[0029]向闭区间[0，1]内插入两点，所述两点在闭区间[0，1]内的对应值分别记为t1、t2，闭区间[0，1]被t1和t2划分为三个相邻区间；
[0030]针对三个相邻区间，建立三组三次多项式来表示叶片角的分布。
[0031]优选的，所述三个相邻区间包括：[0，t1)、[t1，t2)、[t2，1]，其中，,t1、t2的取值区间均为(0，1)，且t1＜t2。
[0032]优选的，所述三组三次多项式分别为：
[0033]a1X3+b1X2+c1X+d1，其中，0≤x﹤t1，a1、b1、c1和d1为对应多项式的系数，且为可变常量；
[0034]e1X3+f1X2+g1X+h1，其中，t1≤x﹤t2，e1、f1、g1和h1为对应多项式的系数，且为可变常量；
[0035]k1X3+m1X2+n1X+q1，其中，t2≤x≤1，k1、m1、n1和q1为对应多项式的系数，且为可变常量。
[0036]优选的，a1X3+b1X2+c1X+d1、e1X3+f1X2+g1X+h1和k1X3+m1X2+n1X+q1对应的分段函数为：所述f(x)在x＝t1和x＝t2处均一阶可导。
[0037]另外，本专利技术还提供了一种用于压气机叶片角设计的系统，所述叶片角设计的系统包括，
[0038]数据处理单元：用于将叶片各截面叶型的弦长归一化处理为闭区间[0，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于，所述叶片角设计的方法包括以下步骤：首先将叶片各截面叶型的弦长归一化处理为闭区间[0，1]；分析叶片角关于叶型弦长的相对位置，并记为x，所述x∈[0，1]；建立若干组多项式来表示叶片角分布形式，所述若干组多项式在闭区间[0，1]内对应的分段函数记为f(x)，所述x为f(x)的唯一自变量；建立函数程序，引入一组数列：Q、R、S和T，对所述f(x)进行分析和计算，得到新的叶片角的一组坐标；调整所述多项式的系数来快速对压气机叶片角分布形式进行修改。2.根据权利要求1所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于：所述建立函数程序包括以下步骤：将所述闭区间[0，1]分成N等份，得到一个具有N+1个元素的数列Q＝{Q0，Q1，Q2，
…
Q
N
}＝{x0，x1，x2，
…
x
N
}；构建数列R＝{R0，R1，R2，
…
R
N
}＝{0，(f(x0)﹣f(x1))/(f(x0)﹣f(x
N
))，(f(x1)﹣f(x2))/(f(x0)﹣f(x
N
))，
…
(f(x
N﹣1
)﹣f(x
N
))/(f(x0)﹣f(x
N
))}；构建数列S＝{S0，S1，S2，
…
S
N
}＝{detaAfa*R(0)，detaAfa*R(1)，
…
detaAfa*R(N)}，其中detaAfa＝Afa
in
﹣Afa
out
，Afa
in
为叶型进口角度，Afa
out
为叶型出口角度；构建数列构建数列所述新的叶片角的一组坐标为(Q
i
，T
i
)，i∈[0，N]。3.根据权利要求1所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于：所述若干组多项式包括有若干组三次多项式，所述若干组三次多项式包括有两组/三组三次多项式。4.根据权利要求3所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于，所述两组三次多项式表示叶片角分布形式的实现方法包括以下步骤：向闭区间[0，1]内插入一点，所述一点在闭区间[0，1]内的对应值记为t，闭区间[0，1]被一点分成两个相邻区间；针对两个相邻区间，建立两组三次多项式来表示叶片角的分布。5.根据权利要求4所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于，所述两个相邻区间包括：[0，t)、[t，1]，其中，t的取值区间为(0，1)。6.根据权利要求3或4所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于，所述两组三次多项式分别为：aX3+bX2+cX+d，其中，0≤x﹤t，a、b、c和d为对应多项式的系数，且为可变常量；eX3+fX2+gX+h，其中，t≤x≤1，e、f、g和h为对应多项式的系数，且为可变常量。7.根据权利要求6所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于，aX3+bX2+cX+d和eX3+fX2+gX+h对应的分段函数为：所述f(x)在x＝t处一阶可导。
8.根据权利要求3所述的一种用于压气机叶片角设计的方法，其特征在于，所述三组三次多项式表示叶片角分布形式的实现方法包括以下步骤：向闭区间[0，1]内插入两点，所述两点在闭区间[0，1]内的对应值分别记为t1、t2，闭区...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国华，李杜，贺丹，张锦纶，银越千，蔡歆，曹俊，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：