一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法及系统，方法包括：读入多级压气机全几何数据，包括以下至少一种：流道型线、各排叶片型面、端壁型面的几何数据；在目标几何型线/型面上设置控制点作为直接操纵点，根据控制点在目标几何型线/型面上的相对位置坐标，确定控制点的绝对坐标；构建包围多级压气机全部几何的控制体框架，并选择合适基函数；针对各类控制体框架和基函数选择不同的参数坐标求解方法，求解目标几何在各类控制体框架坐标系下的参数坐标；选择变维度FFD或DFFD方法对不同目标几何进行变形控制，实现压气机的全几何空间参数化变形。采用本发明专利技术，可采用较少控制点对任何压气机几何构型实施丰富的多维度变形操作。维度变形操作。维度变形操作。

【技术实现步骤摘要】
一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法及系统


[0001]本专利技术涉及压气机设计
，特别是指一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，多级压气机参数化研究基本仅局限于流道型线和叶片，对多排叶片和其他气动型面（如非轴对称端壁）的联合参数化方法和技术鲜有提及。且传统方法对多排叶片的参数化处理方式是将各叶排孤立开分别进行参数化，不同叶排参数化优化过程的联系只是优化策略上的信息交互（如通过同步各叶排控制变量值使控制点协同移动，形成叶排联动），但不存在参数化方法上的直接关联。FFD和其他网格变形类方法可更进一步实现叶片通道型面一体化参数化，但对于多级多排叶片仍需重新建立不同叶片通道的控制体框架，控制点数的急剧增长限制了该方法在多级环境下的参数化优化应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例提供了一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法及系统。所述技术方案如下：
[0004]一方面，提供了一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法，方法包括：
[0005]S1、读入多级压气机全几何数据，所述全几何数据包括以下至少一种：流道型线、各排叶片型面、端壁型面的几何数据；
[0006]S2、在目标几何型线/型面上设置控制点作为直接操纵点，根据所述控制点在目标几何型线/型面上的相对位置坐标，确定所述控制点的绝对坐标；
[0007]S3、构建包围多级压气机全部几何的控制体框架，并选择合适基函数；
[0008]S4、针对各类控制体框架和基函数选择不同的参数坐标求解方法，求解目标几何在各类控制体框架坐标系下的参数坐标；
[0009]S5、选择变维度FFD或DFFD方法对不同目标几何进行变形控制，实现压气机的全几何空间参数化变形。
[0010]可选地，所述S2，具体包括：
[0011]S21、对所述目标几何型线/型面离散点进行插值，重构目标几何型线/型面离散点分布；
[0012]S22、对重构后的目标几何型线/型面离散点进行弧长归一化处理，将重构后的目标几何型线/型面转化为单位线段/单位平面；
[0013]S23、给定所述控制点在所述单位线段/单位平面上的相对位置坐标，并根据所述相对位置坐标，确定所述控制点的绝对坐标。
[0014]可选地，所述S22，具体包括：
[0015]对于型面离散点，通过弧长归一化将原始叶片需要优化的型面转化为计算域上的单位平面，使物理域和计算域的点一一映射，所述弧长归一化是通过公式(1)和(2)实现两
个方向的归一化：
[0016] (1)
[0017] (2)
[0018]其中，；为每个截面叶型上的离散点数，为截面叶型数；是径向第j条截面叶型线的总弧长；指的是径向第j条截面叶型线上第m段弦长长度；是单位平面上弧长归一化后的横坐标；是单位平面上弧长归一化后的纵坐标；是径向第i条截面叶型线上第n段弦长长度；是径向第i条截面叶型线总弧长；
[0019]对于型线离散点，只进行公式(1)一个方向的归一化，将型线转化为（0，1）的单位线段。
[0020]可选地，所述S3，具体包括：
[0021]选择长方体框架或自行输入任意形状框架，长方体框架顶点网格采用等距均匀划分或自定义非均匀划分；
[0022]选择Bernstein基用于流道和叶片参数化，B样条基用于局部精细化变形，组合使用不同基函数，改善参数化变形效果。
[0023]可选地，所述S4，具体包括：
[0024]判断所述控制体框架是否为长方体框架，如果是，采用简化方法求解，否则，采用蒙特卡洛法求解；
[0025]所述简化方法求解包括：
[0026]下面公式(3)为FFD变形公式，N为基函数，可在公式中进行不同基函数N的替换，实现不同变形控制效果；
[0027] (3)
[0028]其中为控制框架沿3个方向划分的段数， 为控制顶点坐标，N为基函数，Q为目标几何实际坐标， 为目标几何在框架中对应的参数坐标，通过参数坐标建立物理空间与参数空间的映射函数，表征了所有控制顶点对目标几何变形作用的加权影响，在变形过程中，参数坐标保持不变，控制顶点发生变动，最终作用于目标几何实际坐标产生位移；
[0029]对于在3个正交方向上任意网格划分的长方体控制体，控制顶点坐标满足如下关系：
[0030] (4)
[0031]公式(3)在x方向的分量可写为：
[0032](5)
[0033]由基函数在3个方向上计算的独立性可知：， ，故式(5)可简化为：
[0034](6)
[0035]同理，式(3)在y， z方向分量也分别简化为：
[0036] (7)
[0037] (8)
[0038]简化后FFD方程在3个方向上分量由3变量张量积转变为单变量张量积，空间参数坐标求解也降维成曲线参数坐标求解，各方向参数坐标不再耦合，进行独立求解，极大地减少了张量积循环嵌套运算，参数坐标求解速度极快。
[0039]可选地，所述S5，具体包括：
[0040]确定变形对象，如果是流道型线，采用二维平面FFD或DFFD方法，将压气机上下流道型线嵌入平面控制框架，给定或通过直接操纵点反求平面控制框架顶点的位移，生成新框架并作用于目标流道型线几何，完成流道变形控制；
[0041]如果是叶片型面、端壁型面，使用三维空间FFD或DFFD方法，其中，如果使用FFD方法，给定框架顶点位移，生成新框架，目标集合变形；如果使用DFFD方法，逐一改变控制点位移，反求框架顶点位移，直到最后一个控制点，生成新框架，目标几何变形。
[0042]可选地，所述方法还包括：
[0043]判断是否对变形后端壁进行修正，如果是，对变形后端壁进行边界约束和插值光顺处理；
[0044]所述边界约束包括：强制周期边界型线重合且两侧相切，转子
‑
静子边界型线替换
为原型对称端壁型线；
[0045]所述插值光顺处理包括：对端壁型面沿轴向和切向两个方向进行样条插值，并在边界处进行网格加密，保证边界过渡的光滑性，提高型面整体光顺度。
[0046]另一方面，提供了一种多级压气机的全几何空间参数化变形系统，所述系统包括：
[0047]读入模块，用于读入多级压气机全几何数据，所述全几何数据包括以下至少一种：流道型线、各排叶片型面、端壁型面的几何数据；
[0048]设置模块，用于在目标几何型线/型面上设置控制点作为直接操纵点，根据所述控制点在目标几何型线/型面上的相对位置坐标，确定所述控制点的绝对坐标；
[0049]构建模块，用于构建包围多级压气机全部几何的控制体框架，并选择合适基函数；
[0050]求解模块，用于针对各类控制体框架和基函数选择不同的参数坐标求解方法，求解目标几何在各类控制体框架坐标系下的参数坐标；
[0051]变形模块，用于选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级压气机的全几何空间参数化变形方法，其特征在于，所述方法包括：S1、读入多级压气机全几何数据，所述全几何数据包括以下至少一种：流道型线、各排叶片型面、端壁型面的几何数据；S2、在目标几何型线/型面上设置控制点作为直接操纵点，根据所述控制点在目标几何型线/型面上的相对位置坐标，确定所述控制点的绝对坐标；S3、构建包围多级压气机全部几何的控制体框架，并选择合适基函数；S4、针对各类控制体框架和基函数选择不同的参数坐标求解方法，求解目标几何在各类控制体框架坐标系下的参数坐标；S5、选择变维度FFD或DFFD方法对不同目标几何进行变形控制，实现压气机的全几何空间参数化变形。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2，具体包括：S21、对所述目标几何型线/型面离散点进行插值，重构目标几何型线/型面离散点分布；S22、对重构后的目标几何型线/型面离散点进行弧长归一化处理，将重构后的目标几何型线/型面转化为单位线段/单位平面；S23、给定所述控制点在所述单位线段/单位平面上的相对位置坐标，并根据所述相对位置坐标，确定所述控制点的绝对坐标。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S22，具体包括：对于型面离散点，通过弧长归一化将原始叶片需要优化的型面转化为计算域上的单位平面，使物理域和计算域的点一一映射，所述弧长归一化是通过公式(1)和(2)实现两个方向的归一化：(1)（2） 其中，；为每个截面叶型上的离散点数，为截面叶型数；是径向第j条截面叶型线的总弧长；指的是径向第j条截面叶型线上第m段弦长长度；是单位平面上弧长归一化后的横坐标；是单位平面上弧长归一化后的纵坐标；是径向第i条截面叶型线上第n段弦长长度；是径向第i条截面叶型线总弧长；对于型线离散点，只进行公式(1)一个方向的归一化，将型线转化为（0，1）的单位线段。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3，具体包括：选择长方体框架或自行输入任意形状框架，长方体框架顶点网格采用等距均匀划分或自定义非均匀划分；选择Bernstein基用于流道和叶片参数化，B样条基用于局部精细化变形，组合使用不
同基函数，改善参数化变形效果。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4，具体包括：判断所述控制体框架是否为长方体框架，如果是，采用简化方法求解，否则，采用蒙特卡洛法求解；所述简化方法求解包括：下面公式(3)为FFD变形公式，N为基函数，可在公式中进行不同基函数N的替换，实现不同变形控制效果；（3）其中为控制框架沿3个方向划分的段数，为控制顶点坐标，为基函数，为目标几何实际坐标，为目标几何在框架中对应的参数坐标，通过参数坐标建立物理空间与参数空间的映射函数，表征了所有控制顶点对目标几何变形作用的加权影响，在变形过程中，参数坐标保持不变，控制顶点发生变动，最终作用于目标几何实际坐标产生位移；对于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：向航，陈江，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：