一种叶轮的参数化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种叶轮的参数化设计方法

【技术实现步骤摘要】
一种叶轮的参数化设计方法


[0001]本专利技术涉及离心及混流式旋转机械的过流部件设计
，更具体的说，是涉及一种叶轮的参数化设计方法
。

技术介绍

[0002]在旋转机械的过流部件中，叶轮主要发挥了吸收或推动气流做功的作用，是旋转机械的核心部件
。
叶轮广泛应用于水泵
、
涡轮增压器
、
离心式压气机
、
航空发动机
、
石油化工压缩机等，在民用动力设备
、
国防工业器械等领域成为了不可或缺的重要组成部件
。
离心式压气机的核心部件即为离心叶轮，为高效的提升离心式压气机的性能指标，通过离心叶轮的参数化设计实现了离心式压气机的优化设计
。
[0003]离心叶轮的参数化设计主要包括子午型线参数化设计
、
叶片中弧线参数化设计以及叶片厚度分布参数化设计
。
目前，叶轮参数化方法大多局限于单一的子午型线
、
叶片中弧线参数化，且叶片厚度分布参数化的实现存在一定困难
。
周正贵提出一种结合数值模拟方法
、
子午流面参数化与单目标寻优的方法，对离心压气机进行气动优化设计，该方法仅针对子午型线参数化，未全面考虑整体叶轮的设计优化，导致无法进行叶片中弧线参数以及叶片厚度参数的优化设计，未能求解得到最佳优化方案
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种集成了子午型线
、
叶片中弧线
、
叶片厚度分布的叶轮参数化设计方法，以提高叶轮的优化设计效率及有效性
。
[0005]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0006]一种叶轮的参数化设计方法，包括下述步骤：
[0007](1)
设定离心叶轮子午平面内轮盖
、
轮毂控制点坐标：
(z0，
R0)
，
(z1，
R1)
，
L(z
n
，
R
n
)
，采用二阶连续可导的三次
B
样条曲线，拟合子午型线控制方程
。
计算公式如下所示：
[0008][0009]公式
(1)
中，
N
i
，3(u)
表示三次
B
样条曲线基函数，其计算公式如下所示：
[0010][0011]公式
(1)
和
(2)
中，
u
i
(i
＝0，1，
L m)
表示单调递增的节点向量，其中
m
需要满足
m
＝
n+k+1
的条件，由公式
(1)
和
(2)
即可求得任意连续的
z
，
R
值；
[0012](2)
叶片中弧线位于叶栅平面
(M
，
θ
)
内，计算叶片中弧线
M
坐标，计算公式如下所示：
[0013][0014](3)
设定叶片中弧线控制点坐标：
(M0，
θ0)
，
(M1，
θ1)
，
L(M
n
，
θ
n
)
，采用二阶连续可导的三次样条插值曲线，拟合叶片中弧线控制方程，计算公式如下所示：
[0015][0016]公式
(4)
中，
u
i
(i
＝0，
1L n)
表示单调递增的等距节点向量，
a
i
、b
i
、c
i
、d
i
或
α
i
、
β
i
、
χ
i
、
δ
i
表示三次样条插值曲线多项式系数，以
M
i
(i
＝0，1，
L
，
n)
为例，计算三次样条插值曲线多项式系数，计算公式如下所示：
[0017][0018][0019]由公式
(4)、(5)、(6)
即可求得任意连续的
M
，
θ
值，式中控制点
(M
i
，
θ
i
)(i
＝0，1，
L n)
在
M
轴上等距离分布，且仅沿
θ
轴方向改变；
[0020](4)
在叶栅平面内，计算叶片中弧线弧长，计算公式如下所示：
[0021][0022]公式
(7)
中，
s
，
e
分别表示叶片中弧线起止点坐标，由步骤
(3)
可知，叶片中弧线起始点坐标为
(M0，
θ0)
，叶片中弧线终止点坐标为
(M
n
，
θ
n
)
；
[0023](5)
通过坐标变换，将
M、
θ
坐标系转换为
S、h
坐标系
。
在
S、h
坐标系内定义叶片厚度，
h
表示叶片厚度，计算叶片中弧线弧长相对位置
S
坐标，计算公式如下所示：
[0024][0025](6)
设定叶片压力面厚度控制点坐标：
(S0，
h
p0
)
，
(S1，
h
p1
)
，
L(S
n
，
h
pn
)
，采用非均匀有理
B
样条曲线拟合叶片压力面厚度分布控制方程，计算公式如下所示：
[0026][0027]公式
(9)
中，
N
i
，
k
(u)
表示
B
样条曲线的基函数，其计算公式如下所示：
[0028][0029]公式
(9)
和
(10)
中，
u
i
(i
＝0，1，
L n+k+1)
表示单调递增的非均匀节点向量，
ω
i
表示权重系数，
k
表示非均匀有理
B
样条曲线阶数
。
由公式
(9)
和
(10)
即可求得任意连续的叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种叶轮的参数化设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)
设定离心叶轮子午平面内轮盖
、
轮毂控制点坐标：
(z0，
R0)
，
(z1，
R1)
，
L(z
n
，
R
n
)
，采用二阶连续可导的三次
B
样条曲线，拟合子午型线控制方程，计算公式如下所示：公式
(1)
中，
N
i
，3(u)
表示三次
B
样条曲线基函数，其计算公式如下所示：公式
(1)
和
(2)
中，
u
i
(i
＝0，1，
L m)
表示单调递增的节点向量，其中
m
需要满足
m
＝
n+k+1
的条件，由公式
(1)
和
(2)
即可求得任意连续的
z
，
R
值；
(2)
叶片中弧线位于叶栅平面
(M
，
θ
)
内，计算叶片中弧线
M
坐标，计算公式如下所示：
(3)
设定叶片中弧线控制点坐标：
(M0，
θ0)
，
(M1，
θ1)
，
L(M
n
，
θ
n
)
，采用二阶连续可导的三次样条插值曲线，拟合叶片中弧线控制方程，计算公式如下所示：公式
(4)
中，
u
i
(i
＝0，
1L n)
表示单调递增的等距节点向量，
a
i
、b
i
、c
i
、d
i
或
α
i
、
β
i
、
χ
i
、
δ
i
表示三次样条插值曲线多项式系数，若
M
i
(i
＝0，1，
L
，
n)
，计算三次样条插值曲线多项式系数，计算公式如下所示：
由公式
(4)、(5)、(6)
即可求得任意连续的
M
，
θ
值，式中控制点
(M
i
，
θ
i
)(i
＝0，1，
L n)
在
M
轴上等距离分布，且仅沿
θ
轴方向改变；
(4)
在叶栅平面内，计算叶片中弧线弧长，计算公式如下所示：公式
(7)
中，
s
，
e
分别表示叶片中弧线起止点坐标，由步骤
(3)
可知，叶片中弧线起始点坐标为
(M0，
θ0)
，叶片中弧线终止点坐标为
(M
n
，
θ
n
)
；
(5)
通过坐标变换，将
M、
θ
坐标系转换为
S、h
坐标系，在
S、h
坐标系内定义叶片厚度，
h
表示叶片厚度，计算叶片中弧线弧长相对位置
S
坐标，计算公式如下所示：
(6)
设定叶片压力面厚度控制点坐标：
(S0，
h
p0
)
，
(S1，
h
p1
)
，
L(S
n
，
h
pn
)
，采用非均匀有理
B
样条曲线拟合叶片压力面厚度分布控制方程，计算公式如下所示：
公式
(9)
中，
N
i
，
k
(u)
表示
B
样条曲线的基函数，其计算公式如下所示：公式
(9)
和
(10)
中，
u
i
(i
＝0，1，
Ln+k+1)
表示单调递增的非均匀节点向量，
ω
i
表示权重系数，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孝检，高浩，刘正先，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：