一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，包括获取叶片数据，提取若干条曲面结构线作为叶片中弧线；计算各叶高处的子午厚度分布；计算每条叶片中弧线上任一点所对应的实际法向厚度；计算类椭圆头在叶形线上位置区间；将中弧线离散为若干坐标点；以坐标点为圆心、实际法向厚度为直径绘制厚度圆，与对应中弧线的回转面求交后，得到压力面和吸力面在对应叶高处的坐标点；拟合坐标点，得到压力面和吸力面叶形线；构建NURBS曲面，得到压力面和吸力面。所生成叶片压力面和吸力面的形状由叶片的中性面、椭圆度和厚度定义，无需进行曲面延伸和修建，能够保证各个位置的叶片角符合设计要求，提高叶轮的实际气动性能以及结构强度。性能以及结构强度。性能以及结构强度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法


[0001]本专利技术属于航空航天
，涉及一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法。

技术介绍

[0002]离心压缩机，作为一种以流体为工质实现功能转换的旋转式机械，广泛应用于石化、冶金、民用空调及航空航天等领域，其性能的提升往往能够带来可观的经济效益。离心叶轮是离心压缩机的核心部件，压缩机利用叶轮的高速转动，使流经叶轮内部的气体在离心力及叶片强制力的作用下高速流动产生动能，再通过预先设计的叶片形状控制气体通流面积，将气体的动能转化为压力能，以此实现气体压力的提升。在这一过程中，叶片承担着主要功能转换的任务，叶片造型的好坏将直接影响机械能转换为气体压力能的效率。
[0003]离心叶轮的叶片主要由压力面和吸力面组成，气体在流经叶片表面时，叶片压力面上的压强通常高于同一位置处吸力面上的压强。设计人员在进行叶片形状的初步设计时，为了实现性能估计，通常需要将叶片简化为一个没有厚度的曲面，并对该曲面的形状进行合理的设计，使叶轮的性能接近设计目标，这一曲面被称为叶片中性面。在完成叶片中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，包括以下步骤：获取自由曲面叶片中性面数据，在叶片中性面上沿叶高方向提取若干条曲面结构线，将曲面结构线作为叶片中弧线；对每个叶高位置的叶片中弧线通过线性插值计算得到该叶高处的子午厚度分布；通过子午厚度分布和对应的叶片中弧线，计算每条叶片中弧线上任意一点所对应的实际法向厚度；通过叶片中弧线上的实际法向厚度和给定的前缘椭圆度，计算类椭圆头在叶形线上的位置区间；将叶片中弧线离散为若干坐标点，其中类椭圆头对应的叶片中弧线离散的坐标点在压力面或吸力面上生成对应的厚度点时均分类椭圆形线；以离散后得到的坐标点为圆心，以坐标点的实际法向厚度为直径绘制厚度圆，厚度圆与对应叶片中弧线的回转面求交后，得到压力面和吸力面在对应叶高位置的坐标点；在每个叶高位置使用NURBS曲线插值法拟合压力面和吸力面的坐标点，得到对应叶高位置的压力面叶形线和吸力面叶形线；将所有叶高位置的压力面叶形线和吸力面叶形线作为NURBS曲面结构线，构建NURBS曲面，得到叶片的压力面和吸力面。2.如权利要求1所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述曲面结构线的提取包括以下步骤：自由曲面叶片中性面包括四条边缘，分别为叶根、叶顶、前缘和尾缘；将前缘至尾缘方向作为曲面的u方向，将叶顶至叶根方向作为曲面的v方向；沿v方向均匀的提取U条u方向曲面结构线，其中每条曲面结构线的v坐标为定值；将曲面结构线作为对应叶高位置的叶片中弧线，以叶顶为第0层，叶根为第U
‑
1层。3.如权利要求1所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述叶高处的子午厚度分布通过将叶根厚度分布和叶顶厚度分布计算，将叶根厚度分布和叶顶厚度分布按照相等的归一化子午坐标间隔离散为k个点，根据线性插值计算第i层第j点的厚度值，具体表示为：thk_i(j)＝thk_shroud(j)+i
×
(thk_hub(j)
‑
thk_shroud(j))/(U
‑
1) (1)其中，thk_i(j)表示第i层第j点的厚度值，thk_shroud(j)表示叶顶第j点的厚度值，thk_hub(j)表示叶根第j点的厚度值。4.如权利要求1所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述计算每条叶片中弧线上任意一点所对应的实际法向厚度具体包括以下步骤：将叶片中弧线投影到r
‑
z子午平面，得到叶片中弧线对应的子午线；给定叶片中弧线上曲线坐标t，得到叶片中弧线上对应的点P坐标为(x(t),y(t),z(t))，将点P投影到r
‑
z子午平面，得到P
′
，使用二分法求取子午线上距点P
′
最近的点P
m
及其对应的归一化子午坐标t
m
；以t
m
作为点P的归一化子午坐标，通过插值计算得到实际法向厚度，如式(2)所示：n
i
(t)＝thk_i((k
‑
1)
×
t
m
+1) (2)其中，n
i
表示每条叶片中弧线上任意一点所对应的实际法向厚度，t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬成，席光，王志恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：