本发明专利技术公开了一种轴流透平叶片中弧线设计方法及系统，由四条抛物线组成，中弧线端点处的小值抛物线可有效调节叶片气流角度，使得轴流叶片中弧线各段平滑过渡；本发明专利技术方法控制参数少，通用性高，可调节性强，提升轴流叶型中弧线设计的可靠性和优化空间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于叶轮机械，具体涉及一种轴流透平叶片中弧线设计方法及系统。
技术介绍
1、轴流透平叶片的中弧线是轴流叶片造型的关键部分，是影响轴流叶片性能的关键参数。传统的中弧线设计中采用抛物线法、单圆弧法、高阶多项式曲线法以及双三阶多项式法等方法进行中弧线设计。
2、其中，抛物线法、单圆弧法的方法简单，但通用性较差，不适用于叶片的进一步优化造型。双三阶多项式法可实现中弧线的光滑，但由于三阶曲线极值不唯一的特性，在中弧线调节中易出现挠度的多个极值，不利于叶片中弧线的优化。高阶多项式曲线法可实现高阶导数的连续，但是控制参数较多，设计中也易出现中弧线的挠度的多个极值，可调节性能有待提高。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种轴流透平叶片中弧线设计方法及系统，用于解决现有轴流叶片中弧线设计中各段线段衔接不连续及非单一挠度极值的技术问题，控制参数少，中弧线设计和调节中可以保证挠度的单峰值特性。
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种轴流透平叶片中弧线设计方法，包括以下步骤：
4、确定轴流叶片的中弧线最大挠度及对应的设计参数；
5、在中弧线两端线段a、d段采用小值连续抛物线段衔接叶片的进气角α1及出气角α2，中弧线中间线段b、c段采用平滑抛物线的形式，实现轴流叶片中弧线设计中的线段平滑连接及挠度极值单一设计。
6、优选地，对应设计参数包括相对位置、进气角α1和出气角α2。</p>7、优选地，以中弧线两端点连线为横坐标，且中弧线的前端点相对横坐标为0，后端点相对横坐标为1。
8、更优选地，设置a、d段抛物线的端点位置相对横坐标，其中，a段抛物线的两端点相对横坐标差值设置为小值，d段起始点坐标设置于a段相同。
9、更优选地，a段抛物线起点相对坐标(0,0)，终点相对横坐标m；b段抛物线起点相对横坐标n，终点相对坐标(1,0)。
10、优选地，设置中弧线中b、c段抛物线连接端点的相对横坐标为中弧线最大挠度相对值，b、c段抛物线连接端点的相对纵坐标为最大挠度相对于中弧线弦长的值。
11、优选地，根据a、b、c、d四条抛物线的方程绘制轴流叶片中弧线。
12、优选地，a、b、c、d四段抛物线的方程具体为：
13、a段抛物线方程：y1＝a1x2+b1x+c1；b段抛物线方程：y2＝a2x2+b2x+c2；c段抛物线方程：y3＝a3x2+b3x+c3；d段抛物线方程：y4＝a4x2+b4x+c4，a1，b1，c1分别为a段抛物线的二次项系数、一次项系数及常数项，a2，b2，c2分别为b段抛物线的二次项系数、一次项系数及常数项，a3，b3，c3分别为c段抛物线的二次项系数、一次项系数及常数项，a4，b4，c4分别为d段抛物线的二次项系数、一次项系数及常数项。
14、更优选地，a、b、c、d四段抛物线方程满足条件如下：
15、
16、
17、其中，y1(0)为a段抛物线在中弧线相对位置为0时的挠度，y1'(0)为a段抛物线在中弧线相对位置为0时的挠度的导数，y2(pmax)为b段抛物线在中弧线相对位置为pmax时的挠度，y2'(pmax)为b段抛物线在中弧线相对位置为pmax时的挠度的导数，y1(m)为a段抛物线在中弧线相对位置为小值m时的挠度，y1'(m)为a段抛物线在中弧线相对位置为小值m时的挠度的导数，y2(m)为b段抛物线在中弧线相对位置为小值m时的挠度，y2'(m)为b段抛物线在中弧线相对位置为小值m时的挠度导数，fmax为中弧线的最大挠度，α1为进气角，y3(pmax)为c段抛物线在中弧线相对位置为pmax时的挠度，y3'(pmax)为c段抛物线在中弧线相对位置为pmax时的挠度的导数，y4(1)为d段抛物线在中弧线相对位置为1时的挠度，y4'(1)为d段抛物线在中弧线相对位置为1时的挠度的导数，α2为出气角，y3(n)为c段抛物线在中弧线相对位置为小值n时的挠度，y3'(n)为c段抛物线在中弧线相对位置为小值n时的挠度导数，y4(n)为d段抛物线在中弧线相对位置为小值n时的挠度，y4'(n)为d段抛物线在中弧线相对位置为小值n时的挠度导数。
18、第二方面，本专利技术实施例提供了一种轴流透平叶片中弧线设计系统，包括：
19、参数模块，确定轴流叶片的中弧线最大挠度及对应的设计参数；
20、输出模块，在中弧线两端线段a、d段采用小值连续抛物线段衔接叶片的进气角α1及出气角α2，中弧线中间线段b、c段采用平滑抛物线的形式，实现轴流叶片中弧线设计中的线段平滑连接及挠度极值单一设计。
21、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
22、一种轴流透平叶片中弧线设计方法，轴流叶片中轴线设计方法由四条抛物线组成，中弧线端点处的小值抛物线可有效调节叶片气流角度，使得轴流叶片中弧线各段平滑过渡，通过四条抛物线以导数相等的方式平滑连接，实现对轴流透平叶片中弧线的设计，通过改变中弧线最大挠度和相对位置的值，可实现对叶片中弧线的调节和优化，具有叶片中弧线平滑性好和中弧线可调节性强的优势。
23、进一步的，采用中弧线的前端点相对坐标为0，后端点相对坐标为1的设置可以将中弧线进行归一化处理，具有提升中弧线设计方法的适用性的优势。
24、进一步的，通过在中弧线的前端和后端附近设置长度小的a段和b段抛物线，即a和b段抛物线的横坐标差值较小，可通过抛物线的弧度调节进气角度和出气角度，提升中弧线设计的可优化性。
25、进一步的，通过在中弧线中部设置b段和c段抛物线，将b和c段抛物线的连接处定义为中弧线最大挠度的位置，可确保在整个叶片中最大挠度仅存在于b段和c段抛物线交点处，避免了三阶曲线等极值不唯一的中弧线设计方法缺陷。
26、进一步的，采用a、b、c、d四条抛物线段的中弧线设计方法可兼顾轴流叶片进、出口角度的调节和中弧线最大挠度的调节，并且通过各线段交点导数相同的方法实现了中弧线的光滑，综合提升了中弧线设计的便利性和适用性。
27、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
28、综上所述，本专利技术方法控制参数少，通用性高，可调节性强，提升轴流叶型中弧线设计的可靠性和优化空间。
29、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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【技术保护点】
1.一种轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，对应设计参数包括相对位置、进气角α1和出气角α2。
3.根据权利要求1所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，以中弧线两端点连线为横坐标，且中弧线的前端点相对横坐标为0，后端点相对横坐标为1。
4.根据权利要求3所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，设置a、d段抛物线的端点位置相对横坐标，其中，a段抛物线的两端点相对横坐标差值设置为小值，d段起始点坐标设置于a段相同。
5.根据权利要求4所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，a段抛物线起点相对坐标(0,0)，终点相对横坐标m；b段抛物线起点相对横坐标n，终点相对坐标(1,0)。
6.根据权利要求1所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，设置中弧线中b、c段抛物线连接端点的相对横坐标为中弧线最大挠度相对值，b、c段抛物线连接端点的相对纵坐标为最大挠度相对于中弧线弦长的值。
7.根据权利要求1所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，根据a、b、c、d四条抛物线的方程绘制轴流叶片中弧线。
8.根据权利要求7所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，a、b、c、d四段抛物线的方程具体为：
9.根据权利要求8所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，a、b、c、d四段抛物线方程满足条件如下：
10.一种轴流透平叶片中弧线设计系统，其特征在于，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，对应设计参数包括相对位置、进气角α1和出气角α2。
3.根据权利要求1所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，以中弧线两端点连线为横坐标，且中弧线的前端点相对横坐标为0，后端点相对横坐标为1。
4.根据权利要求3所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，设置a、d段抛物线的端点位置相对横坐标，其中，a段抛物线的两端点相对横坐标差值设置为小值，d段起始点坐标设置于a段相同。
5.根据权利要求4所述的轴流透平叶片中弧线设计方法，其特征在于，a段抛物线起点相对坐标(0,0)，终点相对横坐标m；b段抛物线起点...
【专利技术属性】
技术研发人员：王江峰，娄聚伟，陈良奇，王梦轩，张君仪，杜洋，赵攀，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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