專利名稱：一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)壓縮系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及了一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
隨著燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，為提高發(fā)動機(jī)壓縮系統(tǒng)的作功能力，更多的采用寬弦葉片，寬弦葉片具有增加發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)喘振裕度、抗外物損傷、提高發(fā)動機(jī)推力、減少葉片數(shù)等優(yōu)點，但是寬弦風(fēng)扇葉片離心負(fù)荷增加，在滿足可靠性要求的情況下，輪盤重量大幅增加，為此，需要開展空心結(jié)設(shè)計技術(shù)研究?？招娜~片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計過程中需要考慮空腔的設(shè)計與加強(qiáng)筋的設(shè)計，設(shè)計難度大，設(shè)計周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是快速實現(xiàn)空心葉片的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，特提供了一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。本發(fā)明提供了一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于基于氣動數(shù)據(jù)源的空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，空腔設(shè)計源于氣動葉型數(shù)據(jù)，徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，弦向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于流線面葉型數(shù)據(jù)；首先確定葉根空腔區(qū)的起始位置，空腔區(qū)選擇在葉片一彎節(jié)線上方；空腔區(qū)范圍確定后，依據(jù)設(shè)計減重要求初步給定空腔根、尖部葉盆、葉背厚度，然后采用線性差值法，給出空腔其他截面葉盆、葉背厚度，初步確定空腔各截面葉盆、葉背厚度后，根據(jù)氣動葉型線，獲得空腔區(qū)控制截面型線，在保證空腔區(qū)各控制截面型線沿徑向連續(xù)、光順的條件下，對各截面葉盆、葉背厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終獲得空腔區(qū)各截面控制型線即可在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過曲線完成空腔設(shè)計，空腔設(shè)計是空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步也是最關(guān)鍵的一
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少;徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，空心葉片各控制截面徑向加強(qiáng)筋數(shù)量相等，沿葉片弦向加強(qiáng)筋可以均勻布置，也可以根據(jù)需要任意布置，根據(jù)葉型中弧線及其近似圓心，完成徑向加強(qiáng)筋的等弧長均勻設(shè)計，當(dāng)各截面徑向加強(qiáng)筋的分布確定后，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過掃略即完成徑向加強(qiáng)筋設(shè)計；弦向加強(qiáng)筋設(shè)計，直接利用流線面葉型線及加強(qiáng)筋寬度，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過拉伸完成各截面弦向加強(qiáng)筋設(shè)計；當(dāng)初步確定葉盆厚度2、葉背厚度3后，通過氣動葉型線I可獲得空腔型線4，同理獲得各截面空腔型線，經(jīng)光順處理后獲得空腔區(qū)各截面型線即可在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中完成空腔設(shè)計，如圖2所示。如圖3、4，根據(jù)葉型中弧線6，確定中弧線近似圓弧線8，根據(jù)近似圓弧線圓心9和空腔型線7確定空腔區(qū)10，對空腔區(qū)10按徑向筋數(shù)量等分后即可獲得徑向加強(qiáng)筋等弧長分布線11，根據(jù)加強(qiáng)筋寬度13，完成徑向加強(qiáng)筋12設(shè)計，截面徑向加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)如圖4。各截面、徑向加強(qiáng)筋分布確定后在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中掃略完成徑向加強(qiáng)筋設(shè)計；如圖5、6，根據(jù)流線面葉型線14及寬度，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過拉伸即完成弦向加強(qiáng)筋18的設(shè)計；如圖6在已知實心葉型15，經(jīng)空腔區(qū)16設(shè)計、徑向加強(qiáng)筋17設(shè)計、弦向加強(qiáng)筋18設(shè)計，即可完成空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明所述的寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，實現(xiàn)了葉片既具有較好的抗彎剛度，又具有較好的抗扭剛度，更重要的是空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)氣動數(shù)據(jù)，簡化了空心葉片的設(shè)計難度，縮短了空心葉片的設(shè)計周期?？焖賹崿F(xiàn)空心葉片的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，且有限元分析表明該結(jié)構(gòu)空心葉片具有較好的承載能力。本專利要求的空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可以直接
應(yīng)用于大涵道比的航空發(fā)動機(jī)，大型運輸機(jī)的動力，以及民機(jī)的動力上。也可應(yīng)用于其它相關(guān)專業(yè)。


下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I為葉聞截面空腔區(qū)不意圖；圖2為空腔區(qū)型面沿徑向分布示意圖；圖3為徑向加強(qiáng)筋分布設(shè)計示意圖；圖4為徑向加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為流線面葉型線示意圖；圖6為空心葉片結(jié)構(gòu)示意圖；I為氣動葉型數(shù)據(jù)，2為葉盆厚度，3為葉背厚度，4空腔型面，5為氣動葉型線，6氣動葉型中弧線，7空腔型面，8葉型中弧線近似圓弧線，9近似圓弧線圓心，10空腔區(qū)，11徑向加強(qiáng)筋分布線，12徑向加強(qiáng)筋，13徑向加強(qiáng)筋寬度，14流線面葉型線，15實心區(qū)，16空腔區(qū)，17徑向加強(qiáng)筋，18弦向加強(qiáng)筋。
具體實施例方式實施例I本發(fā)明提供了一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于基于氣動數(shù)據(jù)源的空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，空腔設(shè)計源于氣動葉型數(shù)據(jù)，徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，弦向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于流線面葉型數(shù)據(jù)；首先確定葉根空腔區(qū)的起始位置，空腔區(qū)選擇在葉片一彎節(jié)線上方；空腔區(qū)范圍確定后，依據(jù)設(shè)計減重要求初步給定空腔根、尖部葉盆、葉背厚度，然后采用線性差值法，給出空腔其他截面葉盆、葉背厚度，初步確定空腔各截面葉盆、葉背厚度后，根據(jù)氣動葉型線，獲得空腔區(qū)控制截面型線，在保證空腔區(qū)各控制截面型線沿徑向連續(xù)、光順的條件下，對各截面葉盆、葉背厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終獲得空腔區(qū)各截面控制型線即可在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過曲線完成空腔設(shè)計，空腔設(shè)計是空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步也是最關(guān)鍵的一
I K
少；徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，空心葉片各控制截面徑向加強(qiáng)筋數(shù)量相等，沿葉片弦向加強(qiáng)筋可以均勻布置，也可以根據(jù)需要任意布置，根據(jù)葉型中弧線及其近似圓心，完成徑向加強(qiáng)筋的等弧長均勻設(shè)計，當(dāng)各截面徑向加強(qiáng)筋的分布確定后，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過掃略即完成徑向加強(qiáng)筋設(shè)計；弦向加強(qiáng)筋設(shè)計，直接利用流線面葉型線及加強(qiáng)筋寬度，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過拉伸完成各截面弦向加強(qiáng)筋設(shè)計；當(dāng)初步確定葉盆厚度2、葉背厚度3后，通過氣動葉型線I可獲得空腔型線4，同理獲得各截面空腔型線，經(jīng)光順處理后獲得空腔區(qū)各截面型線即可在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中完成空腔設(shè)計，如圖2所示。如圖3、4，根據(jù)葉型中弧線6，確定中弧線近似圓弧線8，根據(jù)近似圓弧線圓心9和空腔型線7確定空腔區(qū)10，對空腔區(qū)10按徑向筋數(shù)量等分后即可獲得徑向加強(qiáng)筋等弧長分布線11，根據(jù)加強(qiáng)筋寬度13，完成徑向加強(qiáng)筋12設(shè)計，截面徑向加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)如圖4。各截面徑向加強(qiáng)筋分布確定后在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中掃略完成徑向加強(qiáng)筋設(shè)計；·如圖5、6，根據(jù)流線面葉型線14及寬度，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過拉伸即完成弦向加強(qiáng)筋18的設(shè)計；如圖6在已知實心葉型15，經(jīng)空腔區(qū)16設(shè)計、徑向加強(qiáng)筋17設(shè)計、弦向加強(qiáng)筋18設(shè)計，即可完成空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于基于氣動數(shù)據(jù)源的空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，空腔設(shè)計源于氣動葉型數(shù)據(jù)，徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，弦向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于流線面葉型數(shù)據(jù)； 首先確定葉根空腔區(qū)的起始位置，空腔區(qū)選擇在葉片ー彎節(jié)線上方；空腔區(qū)范圍確定后，依據(jù)設(shè)計減重要求初步給定空腔根、尖部葉盆、葉背厚度，然后采用線性差值法，給出空腔其他截面葉盆、葉背厚度，初步確定空腔各截面葉盆、葉背厚度后，根據(jù)氣動葉型線，獲得空腔區(qū)控制截面型線，在保證空腔區(qū)各控制截面型線沿徑向連續(xù)、光順的條件下，對各截面葉盆、葉背厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終獲得空腔區(qū)各截面控制型線即可在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過曲線完成空腔設(shè)計； 徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，空心葉片各控制截面徑向加強(qiáng)筋數(shù)量相等，沿葉片弦向加強(qiáng)筋可以均勻布置，也可以根據(jù)需要任意布置，根據(jù)葉型中弧線及其近似圓心，完成徑向加強(qiáng)筋的等弧長均勻設(shè)計，當(dāng)各截面徑向加強(qiáng)筋的分布確定后，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過掃略即完成徑向加強(qiáng)筋設(shè)計； 弦向加強(qiáng)筋設(shè)計，直接利用流線面葉型線及加強(qiáng)筋寬度，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過拉伸完成各截面弦向加強(qiáng)筋設(shè)計； 當(dāng)初步確定葉盆厚度(2)、葉背厚度(3)后，通過氣動葉型線(I)可獲得空腔型線(4)，同理獲得各截面空腔型線，經(jīng)光順處理后獲得空腔區(qū)各截面型線即可在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中完成空腔設(shè)計； 根據(jù)葉型中弧線(6)，確定中弧線近似圓弧線(8)，根據(jù)近似圓弧線圓心(9)和空腔型線(7)確定空腔區(qū)(10)，對空腔區(qū)(10)按徑向筋數(shù)量等分后即可獲得徑向加強(qiáng)筋等弧長分布線(11)，根據(jù)加強(qiáng)筋寬度(13)，完成徑向加強(qiáng)筋(12)設(shè)計，各截面徑向加強(qiáng)筋分布確定后在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中掃略完成徑向加強(qiáng)筋設(shè)計； 根據(jù)流線面葉型線(14)及寬度，在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中通過拉伸即完成弦向加強(qiáng)筋(18)的設(shè)計; 在已知實心葉型(15)，經(jīng)空腔區(qū)(16)設(shè)計、徑向加強(qiáng)筋(17)設(shè)計、弦向加強(qiáng)筋(18)設(shè)計，即可完成空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計。
全文摘要
一種寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于基于氣動數(shù)據(jù)源的空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，空腔設(shè)計源于氣動葉型數(shù)據(jù)，徑向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于葉型中弧線，弦向加強(qiáng)筋的設(shè)計源于流線面葉型數(shù)據(jù)；空腔區(qū)選擇在葉片一彎節(jié)線上方；空腔區(qū)范圍確定后，依據(jù)設(shè)計減重要求初步給定空腔根、尖部葉盆、葉背厚度，然后采用線性差值法，給出空腔其他截面葉盆、葉背厚度，初步確定空腔各截面葉盆、葉背厚度后，根據(jù)氣動葉型線，獲得空腔區(qū)控制截面型線完成空腔設(shè)計。本發(fā)明的優(yōu)點所述的寬弦空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，實現(xiàn)了葉片既具有較好的抗彎剛度，又具有較好的抗扭剛度，簡化了空心葉片的設(shè)計難度，縮短了空心葉片的設(shè)計周期。
文檔編號F04D29/38GK102734218SQ201210213930
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者李惠蓮, 楊帆, 紀(jì)福森, 趙勇, 趙普陽, 趙鑫 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所