双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法技术

本公开提供了双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法，属于航空发动机及燃气轮机技术领域。该方法对双层壁涡轮冷却叶片的壁厚进行参数化设计获得叶型型线，再关联其弦长与弯角对冷却通道进行尺寸参数无量纲化，包括通道肋、回转段、尾缘劈缝；基于冷却通道确定腔室的结构并建立双层壁结构，基于不同腔室的高度、宽度等对冲击孔、气膜孔、扰流柱等相关参数进行无量纲化；进而根据气膜孔、冲击孔排布确定粗糙肋，并基于冷却通道中腔室高度、宽度对粗糙肋的尺寸参数进行无量纲化。该方法对叶片多种参数进行无量纲化，从而对单个参数进行调整时其他参数能够保持相对位置、形状一致，简化调整方式，降低维度，有效提升设计效率与精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法


[0001]本公开涉及航空发动机及燃气轮机
，尤其涉及一种双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法，以及另一种双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法。

技术介绍

[0002]涡轮冷却叶片是航空发动机及燃气轮机中的核心部件之一，长期在远超材料使用极限的恶劣环境下工作，因此依赖于内部大量复杂的冷却结构，如冷却通道、扰流柱、气膜孔、尾缘劈缝等，以维持正常工作状态，延长使用寿命。
[0003]为了实现良好的冷却效果，在涡轮冷却叶片的结构设计中，通常需要根据其在不同工况、载荷下的表现，来回反复调整结构、尺寸、相对位置等参数，以使涡轮冷却叶片在实际应用中的表现符合期望。因此，通常需要对涡轮冷却叶片进行参数化表示，使涡轮冷却叶片的参数化模型能够根据设计需求进行调整。传统的参数化设计中，通常将不同结构的参数直接作为可调参数，如空间中的位置参数、形状参数等。
[0004]但是，随着航空发动机功率、推动比等性能提升，其涡轮进口温度也不断提高。为了适应更严苛的工作环境，涡轮冷却叶片采用了双层壁冷却结构，其气膜孔孔径与双层壁间隔仅0.5mm左右，远小于叶片展向高度与流向长度，尺寸跨度大；而且，双层壁涡轮冷却叶片的各冷却单元周期性排布，不同冷却单元间存在紧密交错排列的气膜孔、冲击孔和扰流柱，结构复杂、尺寸小、孔柱数量多、周期性排布密集。因此，在传统的参数化模型中，由于不同参数间互相关联影响，一个参数调整时要适应性调整其他多个参数，导致参数调整繁琐、维度高，极大影响双层壁涡轮冷却叶片的结构设计效率与精度。
[0005]
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0006]本公开的目的在于提供一种双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法，以及另一种双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法，通过在双层壁涡轮冷却叶片的参数化设计中进行无量纲化，能够使不同参数协同调整，从而简化调整方式，降低维度，有效提升双层壁涡轮冷却叶片的结构设计效率与精度。
[0007]为实现上述专利技术目的，本公开采用如下技术方案：
[0008]根据本公开的第一个方面，提供一种双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法，其中，该方法可以包括：对双层壁涡轮冷却叶片的壁厚进行参数化设计，获得叶型型线；通过关联叶型型线的弦长与弯角，对双层壁涡轮冷却叶片的冷却通道进行尺寸参数的无量纲化，冷却通道包括通道肋、回转段以及尾缘劈缝；在壁厚、冷却通道的基础上确定双层壁涡轮冷却叶片的腔室，并在至少一个腔室建立双层壁结构；通过关联腔室的高度与宽度，对冲击孔的尺寸参数进行无量纲化，腔室包括前缘内腔、尾缘内腔、双层壁内腔中的至
少一种；通过关联腔室的高度与宽度，对气膜孔的位置参数进行无量纲化，以及通过关联气膜孔直径，对气膜孔的形状参数进行无量纲化；通过关联尾缘内腔的高度，对扰流柱的尺寸参数进行无量纲化；根据气膜孔、冲击孔的位置，确定在冷却通道的腔室中粗糙肋的位置，并通过关联冷却通道中腔室的高度、宽度对粗糙肋的尺寸参数进行无量纲化。
[0009]可选地，通过关联叶型型线的弦长与弯角，对双层壁涡轮冷却叶片的冷却通道进行尺寸参数的无量纲化，包括：通过关联叶型型线的弦长、转角，对通道肋的尺寸参数进行无量纲化；基于通道肋的尺寸参数确定回转半径，并通过关联回转半径对回转段的尺寸参数进行无量纲化；通过关联叶型型线的弦长，对尾缘劈缝的尺寸参数进行无量纲化。
[0010]可选地，通道肋包括纵向通道肋，通过关联叶型型线的弦长与弯角，对通道肋的尺寸参数进行无量纲化，包括：确定叶型型线的中弧线，以及纵向通道肋的中线之间的交点，通过交点作叶型型线上弦线的第一垂线，并确定第一垂线与叶型型线的前缘点相距纵向通道肋距离，第一垂线与纵向通道肋的中线成纵向通道肋夹角；以叶型型线的弦长对纵向通道肋距离无量纲化；以叶型型线的弯角对纵向通道肋夹角无量纲化。
[0011]可选地，通道肋包括横向通道肋，通过关联叶型型线的弦长与弯角，对通道肋的尺寸参数进行无量纲化，包括：将叶型型线的中弧线偏移第一横向通道肋距离，再将偏移后的中弧线以横向通道肋厚度展开，并确定偏移后的中弧线两端与叶型型线前缘点分别相距第二横向通道肋距离、第三横向通道肋距离；以叶型型线的弦长对第一横向通道肋距离、第二横向通道肋距离与第三横向通道肋距离无量纲化。
[0012]可选地，基于通道肋的尺寸参数确定回转半径，并通过关联回转半径对回转段的尺寸参数进行无量纲化，包括：根据通道肋的宽度确定回转半径；将通道肋向回转内侧方向偏移第一回转段距离，并在通道肋上回转段的第一端角基于第二回转段距离、第三回转段距离进行倒角处理，以及在第二端角基于第四回转段距离、第五回转段距离进行倒角处理；以回转半径对第一回转段距离、第二回转段距离、第三回转段距离与第三回转段距离无量纲化。
[0013]可选地，通过关联叶型型线的弦长，对尾缘劈缝进行无量纲化，包括：在与叶型型线的尾缘点相距尾缘劈缝距离处作弦线的第二垂线，过第二垂线与叶型型线的中弧线交点作第三垂线，将第三垂线与叶型型线的内型线交点位置作为尾缘劈缝的位置；以叶型型线的弦长对尾缘劈缝距离无量纲化。
[0014]可选地，通过关联腔室的高度、宽度，对冲击孔的尺寸参数进行无量纲化，包括：在腔室的第一边上与端点相距第一冲击孔距离处，以及在第二边上与端点相距第二冲击孔距离处确定冲击孔的中心线，第一边与第二边在叶高方向上相对；在冲击孔的中心线上与第一边相距第三冲击孔距离处设置第一个冲击孔，在冲击孔的中心线上与第二边相距第四冲击孔距离处设置最后一个冲击孔，在第一个与最后一个冲击孔间等间隔设置其它冲击孔；以腔室的宽度对第一冲击孔距离、第二冲击孔距离无量纲化，以腔室的高度对第三冲击孔距离、第四冲击孔距离无量纲化。
[0015]可选地，通过关联腔室的高度与宽度，对气膜孔的位置参数进行无量纲化，以及通过关联气膜孔直径，对气膜孔的形状参数进行无量纲化，包括：在腔室的第三边与第四边间建立气膜孔的中心线，第三边与第四边在叶高方向上相对，中心线在第三边上连接处相对第三边端点的距离为第一气膜孔距离，中心线在第四边上连接处相对第四边端点的距离为
第二气膜孔距离；在气膜孔的中心线上与中心线端点相距第三气膜孔距离处确定气膜孔定位起点，以及与中心线另一端点相距第四气膜孔距离处确定气膜孔定位终点，气膜孔基于预置的数量在气膜孔定位起点与气膜孔定位终点间等间距分布；以腔室的宽度对第一气膜孔距离、第二气膜孔距离无量纲化，以腔室的高度对第三气膜孔距离、第四气膜孔距离无量纲化。
[0016]可选地，通过关联尾缘内腔的高度，对扰流柱的尺寸参数进行无量纲化，包括：在尾缘内腔中纵向通道肋的轴线与叶型型线的中轴线的交点，以及叶型型线的中轴线与尾缘劈缝的交点之间，等间隔设置扰流柱，并确定扰流柱的截面形状；根据扰流柱的截面形状，分别确定第一个扰流柱与纵向通道肋的轴线间的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层壁涡轮冷却叶片无量纲化的参数化设计方法，其特征在于，所述方法包括：对双层壁涡轮冷却叶片的壁厚进行参数化设计，获得叶型型线；通过关联所述叶型型线的弦长与弯角，对所述双层壁涡轮冷却叶片的冷却通道进行尺寸参数的无量纲化，所述冷却通道包括通道肋、回转段以及尾缘劈缝；在所述壁厚、所述冷却通道的基础上确定所述双层壁涡轮冷却叶片的腔室，并在至少一个所述腔室建立双层壁结构；通过关联所述腔室的高度与宽度，对冲击孔的尺寸参数进行无量纲化，所述腔室包括前缘内腔、尾缘内腔、双层壁内腔中的至少一种；通过关联所述腔室的高度与宽度，对气膜孔的位置参数进行无量纲化，以及通过关联气膜孔直径，对气膜孔的形状参数进行无量纲化；通过关联所述尾缘内腔的高度，对扰流柱的尺寸参数进行无量纲化；根据所述气膜孔、所述冲击孔的位置，确定在所述冷却通道的所述腔室中粗糙肋的位置，并通过关联所述冷却通道中所述腔室的高度、宽度对所述粗糙肋的尺寸参数进行无量纲化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过关联所述叶型型线的弦长与弯角，对所述双层壁涡轮冷却叶片的冷却通道进行尺寸参数的无量纲化，包括：通过关联所述叶型型线的弦长、转角，对所述通道肋的尺寸参数进行无量纲化；基于所述通道肋的尺寸参数确定回转半径，并通过关联所述回转半径对回转段的尺寸参数进行无量纲化；通过关联所述叶型型线的弦长，对尾缘劈缝的尺寸参数进行无量纲化。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通道肋包括纵向通道肋，所述通过关联所述叶型型线的弦长与弯角，对所述通道肋的尺寸参数进行无量纲化，包括：确定所述叶型型线的中弧线，以及所述纵向通道肋的中线之间的交点，通过所述交点作所述叶型型线上弦线的第一垂线，并确定所述第一垂线与所述叶型型线的前缘点相距纵向通道肋距离，所述第一垂线与所述纵向通道肋的中线成纵向通道肋夹角；以所述叶型型线的所述弦长对所述纵向通道肋距离无量纲化；以所述叶型型线的所述弯角对所述纵向通道肋夹角无量纲化。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通道肋包括横向通道肋，所述通过关联所述叶型型线的弦长与弯角，对所述通道肋的尺寸参数进行无量纲化，包括：将所述叶型型线的中弧线偏移第一横向通道肋距离，再将偏移后的所述中弧线以横向通道肋厚度展开，并确定偏移后的所述中弧线两端与所述叶型型线前缘点分别相距第二横向通道肋距离、第三横向通道肋距离；以所述叶型型线的所述弦长对所述第一横向通道肋距离、所述第二横向通道肋距离与所述第三横向通道肋距离无量纲化。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述通道肋的尺寸参数确定回转半径，并通过关联所述回转半径对回转段的尺寸参数进行无量纲化，包括：根据所述通道肋的宽度确定回转半径；将所述通道肋向回转内侧方向偏移第一回转段距离，并在所述通道肋上所述回转段的第一端角基于第二回转段距离、第三回转段距离进行倒角处理，以及在第二端角基于第四
回转段距离、第五回转段距离进行倒角处理；以所述回转半径对所述第一回转段距离、所述第二回转段距离、所述第三回转段距离与所述第三回转段距离无量纲化。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过关联所述叶型型线的弦长，对尾缘劈缝进行无量纲化，包括：在与所述叶型型线的尾缘点相距尾缘劈缝距离处作弦线的第二垂线，过所述第二垂线与所述叶型型线的中弧线交点作第三垂线，将所述第三垂线与所述叶型型线的内型线交点位置作为所述尾缘劈缝的位置；以所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，李宏林，张振源，唐仲豪，包亚杰，韩晨，岳珠峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：