基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法及相关装置制造方法及图纸

基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法及相关装置，包括：基于原有叶型进行中弧线及厚度分布的提取；添加控制点进行中弧线参数的拟合；添加控制点进行厚度分布参数的拟合；根据拟合的参数，调用叶型生成函数进行中弧线、厚度分布以及吸力面和压力面坐标的生成；生成椭圆前缘和圆型尾缘，使与压力面和吸力面平滑连接，生成完整叶型。通过中弧线叠加厚度分布来控制叶型的变化，获得叶型的中弧线以及厚度分布之后，对其进行拟合，提取控制点及控制参数，中弧线跟厚度分布可叠加生成叶型的吸力面跟压力面，为了保证光滑连接，在连接点保持斜率一致，前缘采用椭圆，尾缘采用圆弧，生成完整叶型具有简单方便的特点。生成完整叶型具有简单方便的特点。生成完整叶型具有简单方便的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法及相关装置


[0001]本专利技术属于跨音叶型设计
，特别涉及基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法及相关装置。

技术介绍

[0002]轴流压气机是气流流动方向与工作轮旋转轴心线方向一致或近乎一致的多级压缩设备，由一系列静子
‑
转子交替排列构成，常用于航空发动机或燃气轮机。轴流压气机的叶片是压气机的气流通道实现气流功能转换与改变气流方向的重要零件。而叶片的叶型是组成叶片的基本单元，叶片由叶型沿积叠线积叠而成。
[0003]跨音压气机部分叶高下的入口相对马赫数大于1，达到超音。跨音级存在激波及其与附面层的相互干涉、动叶叶顶泄漏等复杂的流动现象，同时前缘的形状对于叶栅的叶型损失和叶栅稳定运行工况范围具有重要影响，上述问题对跨音级研制过程带来很大的困难。因此提出一种叶型设计方法能够满足跨音工况的需求。
[0004]目前的叶型常规设计是直接用曲线定义叶型的压力面和吸力面，给出压力面和吸力面上控制点的坐标和曲率要求，采用分段圆弧、多项式或样条函数生成型线。
[0005]另一种方式通过多圆弧叶型进行叶型设计，通过2段或多段圆弧进行拼接生成叶型。
[0006]当前高负荷叶型多采用多圆弧叶型、无确定曲线形式和约束条件的自由曲线形式叶型，以此设计得到的叶型存在多存在以下缺陷：
[0007]1)、损失较大，使压缩部件在高转速工作条件下效率较低；
[0008]2)、可变攻角范围较窄，使压缩部件喘振裕度不足；
[0009]3)、落后角增加较大，容易使压缩部件的工作状态较大偏离设计值；
[0010]4)、多端圆弧连接处过渡不平稳问题。
[0011]5)、采用曲线设计方法，叶片前缘尾缘形状复杂或强度不够的问题。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目在于提供基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法及相关装置，以解决现有技术损失较大，使压缩部件在高转速工作条件下效率较低、可变攻角范围较窄、工作状态较大偏离设计值、连接处过渡不平稳强度不够的问题。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0014]基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法，包括：
[0015]基于原有叶型进行中弧线及厚度分布的提取；
[0016]添加控制点进行中弧线参数的拟合；
[0017]添加控制点进行厚度分布参数的拟合；
[0018]根据拟合的参数，调用叶型生成函数进行中弧线、厚度分布以及吸力面和压力面坐标的生成；
[0019]生成椭圆前缘和圆型尾缘，使与压力面和吸力面平滑连接，生成完整叶型。
[0020]进一步的，基于原有叶型进行中弧线及厚度分布的提取：
[0021]根据中弧线的定义，对原始叶型做内切圆，然后连接内切圆的圆心得到中弧线，厚度分布在对应的内切圆圆心处获得，具体为通过各内切圆圆心做法线与叶型吸力面与压力面交数点，通过连接各点获得厚度分布。
[0022]进一步的，添加控制点进行中弧线参数的拟合：
[0023]采用Bezier曲线拟合中弧线，Bezier曲线的阶数为四阶，曲线共含有五个控制点，分别为p0至p4，分别固定控制点p0与p4，对另外三个控制点位置进行优化；
[0024]其中叶型弦长c＝constant
[0025]换算得出如下6个参数作为变量并给出相关含义：
[0026]前缘方向角α及后缘方向角β：
[0027]由Bezier曲线的端点性及切矢性得：
[0028][0029]同理
[0030][0031]挠度变化规律参数j、k：其中e，f，g，i为线段的长度；
[0032][0033][0034]挠度变化规律参数h1、h2:
[0035]h1表示P2点到直线P0Pd的垂直距离；
[0036]h2表示P2点到直线P4Pd的垂直距离；点pd为p0p1与p4p3延长线交点。
[0037]进一步的，具体的求解步骤为：根据控制点p0，pd的坐标，求出过两点的直线方程Ax+By+C＝0，得到直线方程参数，随后，根据点到直线的距离求得挠度变化规律参数h1；
[0038][0039]同理根据控制点p4，pd的坐标，求出过两点的直线方程Dx+Ey+F＝0，求得挠度变化规律参数h2
[0040][0041]进一步的，添加控制点进行厚度分布参数的拟合：
[0042]跨音速叶型厚度分布曲线由两条多阶Bezier曲线光滑连接构成，连接点作为曲线极值点，左右两侧导数均为0，其横坐标方向坐标与叶型弦长比值则为最大厚度相对位置；曲线左侧由四阶Bezier曲线表示，包含有Ph0
‑
Ph4共五个控制点，右部分则为三阶Bezier曲
线，包含有Ph4和Pt1
‑
Pt3共四个控制点；
[0043]其中：最大厚度＝Constant；尾缘厚度＝Constant；
[0044]提取以下7个参数作为变量：
[0045]首尾厚度分布切角θ1、θ2：
[0046]利用Bezier曲线的端点性及切矢性，得
[0047][0048]同理有
[0049][0050]最大厚度相对位置：m；
[0051][0052]m值越大，叶片最大厚度所在位置向后缘移动；
[0053]厚度分布参数x1、x2：
[0054][0055]x1越大，叶片前半段厚度变化越缓慢，x2越小，叶片后半段厚度变化越缓慢；
[0056]厚度分布参数y1：
[0057]y1＝Y
ph2
[0058]y1越大，叶片前段厚度越大；
[0059]前缘厚度：r
[0060]r＝Y
ph0
[0061]r值越大，椭圆弧长短轴之比越小。
[0062]进一步的，根据拟合的参数，调用叶型生成函数进行中弧线、厚度分布以及吸力面和压力面坐标的生成：
[0063]在优化过程中对跨音速与亚音速叶型中弧线以及跨音速叶型厚度分布规律进行控制；得出叶型中弧线及厚度分布控制点的坐标：
[0064]中弧线：mid1＝[P0x P1x P2x P3x P4x；P0y P1y P2y P3y P4y]；
[0065]厚度分布左段：houdu11＝[P0xl P1xl P2xl P3xl P4xl；P0yl P1yl P2yl P3yl P4yl]；
[0066]厚度分布右段：houdu12＝[P0xr P1xr P2xr P3xr；P0yr P1yr P2yr P3yr]；
[0067]调用叶型生成函数first blade生成中弧线、厚度分布、压力面吸力面坐标：
[0068]具体为将中弧线和厚度分布60等分，调用贝塞尔函数生成中弧线和厚度分布的控制曲线，并进行样条插值获得坐标点；吸力面和压力面坐标同时通过基点坐标加减三角函数获得。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法，其特征在于，包括：基于原有叶型进行中弧线及厚度分布的提取；添加控制点进行中弧线参数的拟合；添加控制点进行厚度分布参数的拟合；根据拟合的参数，调用叶型生成函数进行中弧线、厚度分布以及吸力面和压力面坐标的生成；生成椭圆前缘和圆型尾缘，使与压力面和吸力面平滑连接，生成完整叶型。2.根据权利要求1所述的基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法，其特征在于，基于原有叶型进行中弧线及厚度分布的提取：根据中弧线的定义，对原始叶型做内切圆，然后连接内切圆的圆心得到中弧线，厚度分布在对应的内切圆圆心处获得，具体为通过各内切圆圆心做法线与叶型吸力面与压力面交数点，通过连接各点获得厚度分布。3.根据权利要求1所述的基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法，其特征在于，添加控制点进行中弧线参数的拟合：采用Bezier曲线拟合中弧线，Bezier曲线的阶数为四阶，曲线共含有五个控制点，分别为p0至p4，分别固定控制点p0与p4，对另外三个控制点位置进行优化；其中叶型弦长c＝constant换算得出如下6个参数作为变量并给出相关含义：前缘方向角α及后缘方向角β：由Bezier曲线的端点性及切矢性得：同理挠度变化规律参数j、k：其中e，f，g，i为线段的长度；挠度变化规律参数j、k：其中e，f，g，i为线段的长度；挠度变化规律参数h1、h2:h1表示P2点到直线P0Pd的垂直距离；h2表示P2点到直线P4Pd的垂直距离；点pd为p0p1与p4p3延长线交点。4.根据权利要求3所述的基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法，其特征在于，具体的求解步骤为：根据控制点p0，pd的坐标，求出过两点的直线方程Ax+By+C＝0，得到直线方程参数，随后，根据点到直线的距离求得挠度变化规律参数h1；
同理根据控制点p4，pd的坐标，求出过两点的直线方程Dx+Ey+F＝0，求得挠度变化规律参数h25.根据权利要求1所述的基于中弧线加厚度分布的跨音叶型间接生成方法，其特征在于，添加控制点进行厚度分布参数的拟合：跨音速叶型厚度分布曲线由两条多阶Bezier曲线光滑连接构成，连接点作为曲线极值点，左右两侧导数均为0，其横坐标方向坐标与叶型弦长比值则为最大厚度相对位置；曲线左侧由四阶Bezier曲线表示，包含有Ph0
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Ph4共五个控制点，右部分则为三阶Bezier曲线，包含有Ph4和Pt1
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Pt3共四个控制点；其中：最大厚度＝Constant；尾缘厚度＝Constant；提取以下7个参数作为变量：首尾厚度分布切角θ1、θ2：利用Bezier曲线的端点性及切矢性，得同理有最大厚度相对位置：m；m值越大，叶片最大厚度所在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景银，宫超玄，孟凡杰，李昆航，齐文闯，李鹏程，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：