一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法，首先根據(jù)渦輪冷卻葉片特征與結(jié)構(gòu)參數(shù)，將渦輪冷卻葉片劃分為葉片外形特征和葉片內(nèi)部冷卻特征；之后依次給出了葉身實體、榫頭、緣板和葉身內(nèi)形以及以其為基體的換熱肋片、隔肋、擾流柱特征的參數(shù)化建模模塊開發(fā)方法。根據(jù)此建模系統(tǒng)，設(shè)計人員在選定設(shè)計模塊之后，輸入設(shè)計所需的特征參數(shù)可直接生成特征結(jié)構(gòu)。各參數(shù)化建模模塊相互獨立，特征的獨立修改性強，修改單一結(jié)構(gòu)時無需對整個模型進(jìn)行重構(gòu)，具備自動化程度較高、適用性較廣、可擴(kuò)展性優(yōu)良等特點。
【專利說明】
一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法，屬于航空發(fā)動機渦輪冷卻葉片【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]為滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機對高推重比的追求，渦輪葉片的結(jié)構(gòu)形式由實心葉片發(fā)展到具有復(fù)雜內(nèi)腔、氣膜冷卻孔及擾流柱等結(jié)構(gòu)的空心氣冷葉片。
[0003]渦輪冷卻葉片在設(shè)計時，對其葉片外形、內(nèi)形、包含的特征、特征參數(shù)等要求都比較苛刻。渦輪葉片的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)相關(guān)設(shè)計環(huán)節(jié)中的設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)整，必須滿足發(fā)動機的性能、冷卻、強度和工藝等各方面的要求，設(shè)計難度高，設(shè)計過程反復(fù)迭代，設(shè)計周期長。
[0004]目前使用程序?qū)u輪葉片造型進(jìn)行設(shè)計的方法國內(nèi)外研究人員已經(jīng)展開了一定的研究。例如在Georgia, N.K等人發(fā)表在Advances in Engineering Software期刊上的一篇，名為 A Software Tool for Parametric Design of Turbomachinery Blades 的文章中給出了一種渦輪機械類葉片造型方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，首先根據(jù)葉型線參數(shù)造型出中弧線，在中弧線基礎(chǔ)上定義葉盆、葉背處各控制點壁厚得出葉型線，進(jìn)而由數(shù)條葉型線得出葉片實體造型。然而現(xiàn)有的渦輪機械類葉片參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)主要是應(yīng)用于實心葉片，針對其葉型參數(shù)進(jìn)行造型設(shè)計，然后提供葉型的優(yōu)化方法，涉及到冷卻葉片的設(shè)計方法不多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的確良不足，提供一種針對渦輪冷卻葉片及各典型冷卻特征的參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法，使用本發(fā)明可大大提高渦輪冷卻葉片設(shè)計效率，且具有自動化程度較高、適用性較廣、可擴(kuò)展性優(yōu)良等優(yōu)點，適用性較強且易于擴(kuò)展及修改。
[0006]本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法，其特點在于包括:葉身實體模塊、榫頭模塊、緣板模塊、等壁厚葉身內(nèi)形模塊、變壁厚葉身內(nèi)形模塊、換熱肋片模塊、通道隔板模塊、擾流柱模塊，其中:
[0007]葉身實體模塊:由于在實際葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計中，葉身實體屬于氣動計算部門設(shè)計，氣動設(shè)計人員通過計算給出dat格式的葉身實體的截面數(shù)據(jù)點，依次導(dǎo)入后分別形成樣條曲線，之后由樣條曲線生成葉身實體。因此在本模塊中實現(xiàn)功能為瀏覽選取整理好的DAT格式文件，執(zhí)行UF_CURVE_create_spline O函數(shù)進(jìn)行葉型樣條曲線的擬合,最后執(zhí)行UF_OJRVE_creat_thru_curves O函數(shù)通過數(shù)條樣條曲線形成葉身實體。
[0008]榫頭模塊:榫頭用于連接葉片與輪盤，其尺寸精度及與榫槽間的定位精確度要求很高。以揪樹形二齒榫接結(jié)構(gòu)為例，首先執(zhí)行UF_SKET_create_sketch()函數(shù)，根據(jù)輸入尺寸數(shù)據(jù)計算緣板結(jié)構(gòu)草圖中的各定位點絕對坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化絕對坐標(biāo)為草圖坐標(biāo)，連結(jié)各定位點并對設(shè)計位置進(jìn)行倒角完成草圖；執(zhí)行UF_M0DL_create_extrudedO函數(shù)拉伸草圖至足夠長度，根據(jù)榫頭及伸根處尺寸，執(zhí)行UF_MODL_create_fixed_dplane O建立基準(zhǔn)面執(zhí)行UF_M0DL_trim_bodyO函數(shù)對拉伸體進(jìn)行修剪形成榫頭形狀。由于榫頭結(jié)構(gòu)與緣板結(jié)構(gòu)具有一定的相關(guān)性，如徑向位置間的互相配合，榫頭長度與緣板前后安裝邊間距相等，緣板前后筋板形狀與榫齒形狀以及位置相關(guān)等。榫頭造型完成后會以榫頭尺寸為基準(zhǔn)自動生成四個塊體，構(gòu)造方式同樣為繪制草圖進(jìn)行拉伸，塊體在后續(xù)榫頭與緣板進(jìn)行裝配時使用。
[0009]緣板模塊:緣板是連接榫頭與葉身實體的結(jié)構(gòu)，其下表面與榫頭的伸根部分相連。首先執(zhí)行UF_SKET_Create_SketCh()函數(shù)，根據(jù)輸入尺寸數(shù)據(jù)生成緣板結(jié)構(gòu)草圖中的各定位點、線段、倒角；隨后使用UF_MODL_create_revolut1n()函數(shù)對緣板草圖進(jìn)行一定角度回轉(zhuǎn)，形成緣板實體基本形狀；根據(jù)葉片拉削角建立基準(zhǔn)平面執(zhí)行UF_MODL_trim_body O修剪出緣板形狀。緣板、榫頭、葉身實體裝配組成葉片外形部分，其中緣板先與四個輔助塊體結(jié)構(gòu)通過UF_MODL_subtract_bodies O做差,得到能夠與榫頭相配合的形狀，之后與榫頭進(jìn)行求和，并修剪除去榫頭超出緣板上表面部分，同時將葉身實體修剪除去低于緣板上表面的部分后與之求和。
[0010]等壁厚葉身內(nèi)形模塊:首先獲取葉身實體模塊中葉型樣條曲線標(biāo)識tag_t，對組成曲線的點分別執(zhí)行UF_SO_create_dirr_doubles()函數(shù)獲取每個點(Xn, Yn)沿曲線的切線方向矢量(un，vn)，根據(jù)偏置量E計算偏置后內(nèi)形截面線的點坐標(biāo)(Xn ‘，Yn’)，計算算法如下:
[0011]^(χβ-χ'?)2 +(γη-Y'nj
[001 2] Yn^Yn= -~~{χη ~Χη)
[0013]將偏置所得內(nèi)形數(shù)據(jù)點通過UF_CURVE_create_spline()函數(shù)擬合為葉片內(nèi)形截面線，最后執(zhí)行UF_CURVE_creat_thru_curves O函數(shù)完成等壁厚葉身內(nèi)形實體的造型。
[0014]變壁厚葉身內(nèi)形模塊:在某些情況下，由于葉片表面受力不均以及出于對強度、減重等因素的考慮，葉身內(nèi)腔采用變壁厚設(shè)計。根據(jù)用戶輸入的徑向高度h通過UF_CURVE_sect1n_from_planes O函數(shù)取得此高度的葉身實體截面線，執(zhí)行UF_MODL_ask_curve_points O函數(shù)將截面線離散為點集并獲取點集坐標(biāo)數(shù)組pts [η];分別選取坐標(biāo)數(shù)組中位于葉盆處及葉背處的部分坐標(biāo)通過uf5080()函數(shù)創(chuàng)建葉盆葉背曲線Sp、Sb，將曲線標(biāo)識tag_t生成數(shù)據(jù)鏈表由UF_MODL_Create_tube O函數(shù)分別取相同的半徑R生成管道狀掃略體Ta、Tb ；由UF_MODL_intersect_ob jects O求得Ta、Tb相交線，將交線向此葉身截面所在平面進(jìn)行投影得到此葉型中弧線Sm ;使用相同方法將中弧線離散為點坐標(biāo)，創(chuàng)建點特征Pi至Pk ;按照設(shè)計需求選取合適的壁厚插值算法，若壁厚為線性變化規(guī)律，定義P」為最大壁厚處對應(yīng)的中弧線上的點，則Pi至P」間任一點(Xn，Yn)對應(yīng)壁厚t的值為:
[0015]? = ? + ^^χ(/?-/'；)
J-1
[0016]其中\(zhòng)為起始點點Pi處的壁厚值，tmax為點Pj處的壁厚值。
[0017]Pk至Pj間任一點對應(yīng)壁厚t的值為:
[0018]t = t^+ —~— X (/" — j)

k-]
[0019]其中tm為終止點點Pm處的壁厚值，tmax為點Pj處的壁厚值。
[0020]根據(jù)壁厚值t計算葉盆及葉背側(cè)的內(nèi)形截面曲線點坐標(biāo)(Xn ‘，Yn’)，計算算法如下:
[0021]ν,(Λ；;-Α^)2+(}；-Κ.")2=￡
[0022]Υη ~Υη = - ~^ (A - O
[0023]其中每個點(Χη，Yn)沿曲線的切線方向矢量為(un，vn)。
[0024]由UF_CURVE_create_arc_point_tangent_tangent O 函數(shù)創(chuàng)建相切圓弧連接葉盆葉背內(nèi)形曲線，形成完整內(nèi)形截面線，做出滿足設(shè)計要求的數(shù)條內(nèi)形截面線后執(zhí)行UF_QJRVE_creat_thru_curves O函數(shù)形成變壁厚葉身內(nèi)形實體。
[0025]肋片模塊:一些冷卻葉片在設(shè)計時，會在冷卻腔的氣流通道壁面上會沿葉高排布一系列換熱肋片。以葉盆處肋片為例，首先需要肋片的徑向高度h處通過UF_CURVE_sect1n_from_planes O函數(shù)取得此高度的葉身內(nèi)形截面線，執(zhí)行UF_MODL_ask_curve_points O函數(shù)將此截面線離散為點集并獲取點集坐標(biāo)數(shù)組；選取葉盆處肋片起始至結(jié)束位置所對應(yīng)的內(nèi)形線上的點集Pi至Pk，根據(jù)用戶輸入的肋片起始寬度及最大寬度按照線性插值算法賦予Pi至匕間每個點處對應(yīng)的肋片厚度t，通過與變壁厚葉身內(nèi)形實體截面曲線點相同的算法得到肋片形狀曲線點集坐標(biāo)；在葉型外取兩點肋片形狀曲線點集連結(jié)成閉合線框，按照輸入拉伸量D通過UF_MODL_create_extruded O形成板狀肋片結(jié)構(gòu)。
[0026]隔板模塊:隔板作用是將葉片內(nèi)部冷卻腔分隔形成三腔氣流通道。首先在空間中選定兩點，程序根據(jù)這兩點計算出空間角度作為隔板的位置及扭角，之后使用UF_UI_select_with_single_dialog O函數(shù)選定需要內(nèi)形實體基體,根據(jù)輸入的定位位置及隔板尺寸執(zhí)行UF_MODL_create_blockl O函數(shù)創(chuàng)建隔板形狀塊體。
[0027]擾流柱模塊:擾流柱位于葉片內(nèi)腔尾緣處，作用主要是是增強冷氣流動時的擾動。模塊工作過程與隔板相似，區(qū)別為選中空間亮點的位置作為擾流柱結(jié)構(gòu)中心線，執(zhí)行UF_MODL_create_cyll()根據(jù)中心線位置及擾流柱尺寸、間隔依次沿徑向高度做出一系列擾流柱結(jié)構(gòu)。
[0028]各模塊生成結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配需要注意先后順序，將等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體與隔板及擾流柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行布爾差運算，得到整體的葉片內(nèi)形后，與由葉身實體、緣板、榫頭配合而成的葉片外形進(jìn)行布爾差運算。
[0029]所述葉身實體模塊實現(xiàn)過程:進(jìn)入外形模塊，瀏覽選擇葉身型線數(shù)據(jù)點DAT文件儲存位置，生成葉身實體。
[0030]所述榫頭模塊實現(xiàn)過程:進(jìn)入榫頭模塊，根據(jù)對話框中榫頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入緣板設(shè)計參數(shù)，生成榫頭結(jié)構(gòu)實體并自動生成四個輔助塊體用于榫頭與緣板配合時使用。
[0031]所述緣板模塊實現(xiàn)過程:進(jìn)入緣板模塊，根據(jù)對話框中緣板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入緣板設(shè)計參數(shù)，生成緣板結(jié)構(gòu)實體。
[0032]所述等壁厚葉身內(nèi)形實現(xiàn)過程:進(jìn)入等壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體，輸入壁厚數(shù)值E，生成等壁厚葉身內(nèi)形實體。
[0033]所述變壁厚葉身內(nèi)形實現(xiàn)過程:進(jìn)入變壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體，輸入徑向高度h，生成此高度葉型截面線的中弧線，依次做出數(shù)條截面中弧線；選定壁厚插值函數(shù)，輸入前緣、尾緣、最大壁厚處的壁厚值，生成完整的內(nèi)形截面曲線，依次做出數(shù)條內(nèi)形截面線后生成變壁厚葉身內(nèi)形實體。
[0034]所述換熱肋片模塊實現(xiàn)過程:進(jìn)入肋片模塊，選擇需要排布肋片的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，輸入肋片寬度參數(shù)、肋片間隔、數(shù)量，選擇排布位置即葉盆側(cè)或者葉背側(cè)生成肋片結(jié)構(gòu)實體。
[0035]所述隔板模塊實現(xiàn)過程:進(jìn)入隔板模塊，選擇需要添加隔板的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為隔板排布位置及扭向，設(shè)置隔板參數(shù),生成隔板實體。
[0036]所述擾流柱模塊實現(xiàn)過程:進(jìn)入擾流柱模塊，選擇需要添加擾流柱的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為擾流柱排布位置及中心線方向，設(shè)置擾流柱尺寸及排布參數(shù)，生成一些列擾流柱實體。
[0037]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0038](I)本發(fā)明針對渦輪冷卻葉片復(fù)雜結(jié)構(gòu)在設(shè)計時存在建模周期長、需要多次修改的特點，提出了一種參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)及方法。經(jīng)設(shè)計者實踐使用證明，使用本系統(tǒng)可大大提高渦輪冷卻葉片設(shè)計效率。
[0039](2)由于本發(fā)明針對渦輪冷卻葉片各特征分別開發(fā)了設(shè)計模塊，在設(shè)計時可以按性能需求選取合適的模塊，既可單獨使用某模塊建立單一結(jié)構(gòu)，也可按照一定設(shè)計流程聯(lián)合使用完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0040](3)本發(fā)明中的肋片模塊，是針對新一代渦輪冷卻葉片中特有的肋片結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的，尚未于公開發(fā)表資料中查閱到。
[0041](4)本發(fā)明還具備自動化程度相對較高、修改性較強、可擴(kuò)展性優(yōu)良等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明的用戶菜單；
[0043]圖2為圖1中葉身實體模塊實現(xiàn)流程圖；
[0044]圖3為圖1中榫頭模塊實現(xiàn)流程圖；
[0045]圖4為圖1中緣板模塊實現(xiàn)流程圖；
[0046]圖5為圖1中等壁厚葉身內(nèi)形模塊實現(xiàn)流程圖；
[0047]圖6為圖1中變壁厚葉身內(nèi)形模塊實現(xiàn)流程圖；
[0048]圖7為圖1中肋片模塊實現(xiàn)流程圖；
[0049]圖8為圖1中隔板模塊實現(xiàn)流程圖；
[0050]圖9為圖1中擾流柱模塊實現(xiàn)流程圖。

【具體實施方式】
[0051]針對航空發(fā)動機渦輪冷卻葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度高的問題，采用基于UG API的特征參數(shù)化建模技術(shù)與數(shù)學(xué)解析相結(jié)合的方法，建立了面向工程的流程化先進(jìn)渦輪冷卻葉片模塊式參數(shù)化建模系統(tǒng)。從特征與參數(shù)的角度，對渦輪冷卻葉片進(jìn)行了葉片外形特征、葉片內(nèi)部冷卻特征的劃分。給出了葉身實體、榫頭、緣板和葉身內(nèi)形以及以其為基體的換熱肋片、隔肋、擾流柱特征的詳細(xì)參數(shù)化建模過程及設(shè)計實例。提高了渦輪冷卻葉片設(shè)計效率，為渦輪冷卻葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及可靠性分析奠定了基礎(chǔ)。
[0052]如圖1所示，本發(fā)明基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化系統(tǒng)及方法主要包括:葉身實體模塊、榫頭模塊、緣板模塊、等壁厚葉身內(nèi)形模塊、變壁厚葉身內(nèi)形模塊、換熱肋片模塊、隔板模塊、擾流柱模塊，通過選擇菜單即可進(jìn)入各具體模塊。
[0053]如圖2所示程序工作流程圖，本發(fā)明中葉身實體模塊實現(xiàn)如下:
[0054](I)進(jìn)入葉身實體模塊，瀏覽選擇葉身型線數(shù)據(jù)點DAT文件儲存位置；
[0055](2)將數(shù)據(jù)點坐標(biāo)擬合為樣條曲線；
[0056](3)由樣條曲線生成葉身實體。
[0057]如圖3所示程序工作流程圖，本發(fā)明中榫頭模塊實現(xiàn)如下:
[0058](I)進(jìn)入榫頭模塊，根據(jù)對話框中榫頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入榫頭設(shè)計參數(shù)；
[0059](2)生成榫頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖；
[0060](3)對草圖進(jìn)行拉伸、修剪，形成滿足設(shè)計要求的榫頭實體，同時生成四個輔助塊體用于榫頭與緣板配合時使用。
[0061]如圖4所示程序工作流程圖，本發(fā)明中緣板模塊實現(xiàn)如下:
[0062](I)進(jìn)入緣板模塊，根據(jù)對話框中緣板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入緣板設(shè)計參數(shù)；
[0063](2)生成緣板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖；
[0064](3)對草圖進(jìn)行回轉(zhuǎn)后使用基準(zhǔn)平面切扇區(qū)形成滿足設(shè)計要求的緣板雛形；
[0065](4)使用榫頭模塊生成的四個輔助塊體與緣板雛形進(jìn)行布爾求差得到緣板實體。
[0066]如圖5所示程序工作流程圖，本發(fā)明中等壁厚葉身內(nèi)形模塊實現(xiàn)如下:
[0067](I)進(jìn)入等壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體；
[0068](2)輸入壁厚數(shù)值E，由外形截面線計算出內(nèi)形截面線點坐標(biāo)；
[0069](3)將數(shù)據(jù)點坐標(biāo)擬合為樣條曲線；
[0070](4)由樣條曲線生成等壁厚葉身內(nèi)形實體。
[0071]如圖6所示程序工作流程圖，本發(fā)明中變壁厚葉身內(nèi)形模塊實現(xiàn)如下:
[0072](I)進(jìn)入變壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體；
[0073](2)輸入徑向高度h，生成此高度葉型截面線的中弧線，并依次做出數(shù)條截面中弧線.
[0074](3)選定壁厚插值函數(shù)，輸入前緣、尾緣、最大壁厚處的壁厚值，生成前緣、尾緣部分內(nèi)形截面曲線；
[0075](4)使用圓弧連接前緣、尾緣部分內(nèi)形截面曲線，循環(huán)(3)、(4)依次做出數(shù)條內(nèi)形截面線；
[0076](5)由內(nèi)形截面線擬合生成變壁厚葉身內(nèi)形實體。
[0077]如圖7所示程序工作流程圖，本發(fā)明中所述換熱肋片模塊實現(xiàn)如下:
[0078](I)進(jìn)入肋片模塊，選擇需要排布肋片的內(nèi)形實體；
[0079](2)輸入肋片寬度參數(shù)、肋片間隔、數(shù)量，選擇排布位置(葉盆側(cè)或葉背側(cè))；
[0080](3)創(chuàng)建肋片形狀草圖；
[0081](4)對草圖進(jìn)行拉伸形成肋片實體；
[0082](5)循環(huán)(3)、(4)依次做出沿徑向排布的肋片。
[0083]如圖8所示程序工作流程圖，本發(fā)明中隔板模塊實現(xiàn)如下:
[0084](I)進(jìn)入隔板模塊，選擇需要添加隔板的內(nèi)形實體；
[0085](2)指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為隔板排布位置及扭向；
[0086](3)設(shè)置隔板參數(shù)，創(chuàng)建隔板形狀草圖；
[0087](4)對草圖進(jìn)行拉伸生成隔板結(jié)構(gòu)實體；
[0088]如圖9所示程序工作流程圖，本發(fā)明中擾流柱模塊實現(xiàn)如下:
[0089](I)進(jìn)入擾流柱模塊，選擇需要添加擾流柱的內(nèi)形實體；
[0090](2)指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為擾流柱排布位置及中心線方向；
[0091](3)設(shè)置擾流柱尺寸及排布參數(shù)，在中心線位置創(chuàng)建圓柱體；
[0092](4)沿徑向陣列圓柱體，生成一些列擾流柱結(jié)構(gòu)實體。
[0093]本發(fā)明對典型渦輪冷卻葉片進(jìn)行了特征分解以及設(shè)計關(guān)系分析，代表了每個模塊的作用及相互的連接關(guān)系。整個實現(xiàn)過程如下:
[0094](I)進(jìn)入葉身實體模塊，瀏覽選擇葉身型線數(shù)據(jù)點DAT文件儲存位置，生成葉身實體供步驟(4)使用；
[0095](2)進(jìn)入榫頭模塊，根據(jù)對話框中榫頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入緣板設(shè)計參數(shù)，生成緣板結(jié)構(gòu)實體，并同時生成四個輔助塊體供步驟(4)使用；
[0096](3)進(jìn)入緣板模塊，根據(jù)步驟(I)步驟(2)中外形與榫頭位置確定緣板位置參數(shù)，根據(jù)對話框中榫頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入榫頭設(shè)計參數(shù)，生成榫頭結(jié)構(gòu)實體供步驟(4)使用；
[0097](4)將緣板與四個輔助塊體布爾做差，以形成與榫頭結(jié)構(gòu)相配合的形狀，修剪去除榫頭部分超出緣板上表面部分以及葉身實體低于緣板上表面部分以保證三者之間沒有結(jié)構(gòu)干涉，將三者布爾求和得到葉片外形部分進(jìn)入步驟(10)等待使用；
[0098](5)構(gòu)造葉身內(nèi)形實體。若選擇等壁厚葉身內(nèi)形模塊，進(jìn)入等壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體，輸入壁厚數(shù)值E，生成等壁厚葉身內(nèi)形；進(jìn)入變壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體，輸入徑向高度h，生成此高度葉型截面線的中弧線，依次做出數(shù)條截面中弧線；選定壁厚插值函數(shù)，輸入前緣、尾緣、最大壁厚處的壁厚值，生成完整的內(nèi)形截面曲線，依次做出數(shù)條內(nèi)形截面線后生成變壁厚葉身內(nèi)形。等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體作為基體，供步驟(6)創(chuàng)建肋片結(jié)構(gòu)；
[0099](6)進(jìn)入肋片模塊，選擇需要排布肋片的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，輸入肋片寬度參數(shù)、肋片間隔、數(shù)量，選擇排布位置(葉盆側(cè)或葉背側(cè))生成肋片結(jié)構(gòu)實體肋片。肋片實體進(jìn)入步驟(9)待使用，等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體繼續(xù)作為基體供步驟(7)創(chuàng)建隔板；
[0100](7)進(jìn)入隔板模塊，選擇需要添加隔板的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為隔板排布位置及扭向，設(shè)置隔板參數(shù)，生成隔板結(jié)構(gòu)實體。隔板實體進(jìn)入步驟(9)待使用，等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體繼續(xù)作為基體供步驟
(8)創(chuàng)建擾流柱；
[0101](8)進(jìn)入擾流柱模塊，選擇需要添加擾流柱的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為擾流柱排布位置及中心線方向，設(shè)置擾流柱尺寸及排布參數(shù)，生成一些列擾流柱結(jié)構(gòu)實體。擾流柱實體進(jìn)入步驟(9)待使用，同時等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體進(jìn)入步驟(9)；
[0102](9)將等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體與隔板、肋片、擾流柱結(jié)構(gòu)布爾求差得到葉片內(nèi)形；注意三種冷卻結(jié)構(gòu)之間盡量不要發(fā)生干涉，需要在設(shè)計時通過調(diào)節(jié)相關(guān)的尺寸參數(shù)來保證。得到葉片內(nèi)形進(jìn)入步驟(10)；
[0103](10)將葉片外形與葉片內(nèi)形布爾求差，得到葉片實體模型。
[0104]提供以上實施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于包括:葉身實體模塊、榫頭模塊、緣板模塊、等壁厚葉身內(nèi)形模塊、變壁厚葉身內(nèi)形模塊、換熱肋片模塊、隔板模塊、擾流柱模塊，其中: 葉身實體模塊:瀏覽選取整理好的DAT格式文件，進(jìn)行葉型樣條曲線的擬合，通過數(shù)條樣條曲線形成葉身實體；葉身實體模塊與榫頭模塊、緣板模塊屬于同級，共同構(gòu)成葉片外形部分，生成的實體與緣板進(jìn)行配合； 榫頭模塊:首先根據(jù)輸入尺寸數(shù)據(jù)計算榫頭結(jié)構(gòu)草圖中的各定位點絕對坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化絕對坐標(biāo)為草圖坐標(biāo)，連結(jié)各定位點并對轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行倒角完成草圖；拉伸草圖至足夠長度，根據(jù)榫頭及伸根處尺寸，建立基準(zhǔn)面對拉伸體進(jìn)行修剪形成榫頭形狀；榫頭造型完成后會以榫頭尺寸為基準(zhǔn)自動構(gòu)建四個塊體，構(gòu)造方式同樣為繪制草圖進(jìn)行拉伸，四個塊體在后續(xù)榫頭與緣板進(jìn)行裝配時使用；榫頭模塊與葉身實體模塊、緣板模塊屬于同級，共同構(gòu)成葉片外形部分；該榫頭模塊生成的實體與緣板進(jìn)行配合； 緣板模塊:緣板是連接榫頭與葉身實體的結(jié)構(gòu)，其下表面與榫頭的伸根部分相連；首先根據(jù)輸入尺寸數(shù)據(jù)生成緣板結(jié)構(gòu)草圖中的各定位點、線段、倒角；隨后對緣板草圖進(jìn)行一定角度回轉(zhuǎn)，形成緣板實體基本形狀；根據(jù)葉片拉削角建立基準(zhǔn)平面修剪出緣板形狀；緣板模塊與榫頭模塊、葉身實體模塊屬于同級，共同構(gòu)成葉片外形部分；該緣板模塊生成的實體與榫頭、葉身實體進(jìn)行配合； 等壁厚葉身內(nèi)形模塊:首先獲取葉身實體模塊中葉型樣條曲線標(biāo)識，對組成曲線的點分別獲取每個點(Xn，Yn)沿曲線的切線方向矢量(un，νη)，根據(jù)偏置量E計算偏置后內(nèi)形截面線的點坐標(biāo)(Xn’，Yn’)，將偏置所得內(nèi)形數(shù)據(jù)點函數(shù)擬合為葉片內(nèi)形截面線，最后函數(shù)完成等壁厚葉身內(nèi)形實體的造型；等壁厚葉身內(nèi)形模塊與肋片模塊、隔板模塊、擾流柱模塊同級，共同構(gòu)成葉片內(nèi)形部分；該等壁厚葉身內(nèi)形模塊生成的實體作為基體，與肋片、隔板、擾流柱做差； 變壁厚葉身內(nèi)形模塊:根據(jù)用戶輸入的徑向高度h取得此高度的葉身實體截面線，將截面線離散為點集并獲取點集坐標(biāo)數(shù)組Pts[n];分別選取坐標(biāo)數(shù)組中位于葉盆處及葉背處的部分坐標(biāo)創(chuàng)建葉盆葉背曲線Sp、Sb，將曲線標(biāo)識tag_t生成數(shù)據(jù)鏈表分別取相同的半徑R生成管道狀掃略體Ta、Tb ;求得Ta、Tb相交線，將交線向此葉身截面所在平面進(jìn)行投影得到此葉型中弧線Sm ;使用相同方法將中弧線離散為點坐標(biāo)，創(chuàng)建點特征？1至匕；按照設(shè)計需求選取壁厚插值算法，根據(jù)壁厚值t計算葉盆及葉背側(cè)的內(nèi)形截面曲線點坐標(biāo)(Xn’，Yn’)；創(chuàng)建相切圓弧連接葉盆葉背內(nèi)形曲線，形成完整內(nèi)形截面線，做出滿足設(shè)計要求的數(shù)條內(nèi)形截面線后創(chuàng)建內(nèi)形實體；變壁厚葉身內(nèi)形模塊與肋片模塊、隔板模塊、擾流柱模塊同級，共同構(gòu)成葉片內(nèi)形部分；該變壁厚葉身內(nèi)形模塊生成的實體作為基體，與肋片、隔板、擾流柱做差； 肋片模塊:首先需要構(gòu)建肋片的徑向高度h處通過取得此高度的葉身內(nèi)形截面線，將此截面線離散為點集并獲取點集坐標(biāo)數(shù)組；選取葉盆處肋片起始至結(jié)束位置所對應(yīng)的內(nèi)形線上的點集Pi至匕，根據(jù)用戶輸入的肋片起始寬度及最大寬度按照線性插值算法賦予Pi至Pk間每個點處對應(yīng)的肋片厚度t，通過與變壁厚葉身內(nèi)形實體截面曲線點相同的算法得到肋片形狀曲線點集坐標(biāo)；在葉型外取兩點肋片形狀曲線點集連結(jié)成閉合線框，按照輸入拉伸量D形成板狀肋片結(jié)構(gòu)；肋片模塊與等壁厚葉身內(nèi)形模塊、變壁厚葉身內(nèi)形模塊、隔板模塊、擾流柱模塊同級，共同構(gòu)成葉片內(nèi)形部分；該肋片模塊生成的實體作為負(fù)特征與葉身內(nèi)形做差； 隔板模塊:首先在空間中選定兩點，程序根據(jù)這兩點計算出空間角度作為隔板的位置及扭角，之后選定需要內(nèi)形實體基體，根據(jù)輸入的定位位置及隔板尺寸創(chuàng)建隔板形狀塊體；隔板模塊與等壁厚葉身內(nèi)形模塊、變壁厚葉身內(nèi)形模塊、肋片模塊、擾流柱模塊同級，共同構(gòu)成葉片內(nèi)形部分；該隔板模塊生成的實體作為負(fù)特征與葉身內(nèi)形做差； 擾流柱模塊:選中空間亮點的位置作為擾流柱結(jié)構(gòu)中心線，根據(jù)中心線位置及擾流柱尺寸、間隔依次沿徑向高度做出一系列擾流柱結(jié)構(gòu)；擾流柱模塊與等壁厚葉身內(nèi)形模塊、變壁厚葉身內(nèi)形模塊、隔板模塊、肋片模塊同級，共同構(gòu)成葉片內(nèi)形部分；該擾流柱模塊生成的實體作為負(fù)特征與葉身內(nèi)形做差； 以上模塊執(zhí)行結(jié)束后，將等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體模塊與隔板模塊、肋片模塊、擾流柱模塊布爾求差得到葉片內(nèi)形部分；將葉片外形與葉片內(nèi)形布爾求差，得到渦輪冷卻葉片實體模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征的渦輪冷卻葉片參數(shù)化構(gòu)建方法，其具體實現(xiàn)如下: (1)進(jìn)入外形模塊，瀏覽選擇葉身型線數(shù)據(jù)點DAT文件儲存位置，生成葉身實體供步驟(4)使用； (2)進(jìn)入榫頭模塊，根據(jù)對話框中榫頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入緣板設(shè)計參數(shù)，生成榫頭結(jié)構(gòu)實體，并同時生成四個輔助塊體供步驟(4)使用； (3)進(jìn)入緣板模塊，根據(jù)步驟⑴步驟(2)中外形與榫頭位置確定緣板位置參數(shù)，根據(jù)對話框中緣板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)草圖輸入緣板設(shè)計參數(shù)，生成緣板結(jié)構(gòu)實體供步驟(4)使用； (4)將緣板與四個輔助塊體布爾做差，以形成與榫頭結(jié)構(gòu)相配合的形狀，修剪去除榫頭部分超出緣板上表面部分以及葉身實體低于緣板上表面部分以保證三者之間沒有結(jié)構(gòu)干涉，將三者布爾求和得到葉片外形部分進(jìn)入步驟(10)等待使用； (5)構(gòu)造葉身內(nèi)形實體，選擇等壁厚葉身內(nèi)形模塊進(jìn)入等壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體，輸入壁厚數(shù)值E，生成等壁厚葉身內(nèi)形實體；進(jìn)入變壁厚葉身內(nèi)形模塊，選擇需要制作內(nèi)腔的葉身實體，輸入徑向高度h，生成此高度葉型截面線的中弧線，依次做出數(shù)條截面中弧線；選定壁厚插值函數(shù)，輸入前緣、尾緣、最大壁厚處的壁厚值，生成完整的內(nèi)形截面曲線，依次做出數(shù)條內(nèi)形截面線后生成變壁厚葉身內(nèi)形實體；等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體作為基體，供步驟(6)創(chuàng)建肋片結(jié)構(gòu)； (6)進(jìn)入肋片模塊，選擇需要排布肋片的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，輸入肋片寬度參數(shù)、肋片間隔、數(shù)量，選擇于葉盆側(cè)或者葉背側(cè)排布配片生成肋片結(jié)構(gòu)實體肋片；肋片實體進(jìn)入步驟(9)待使用，等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體繼續(xù)作為基體供步驟(7)創(chuàng)建隔板； (7)進(jìn)入隔板模塊，選擇需要添加隔板的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為隔板排布位置及扭向，設(shè)置隔板參數(shù)，生成隔板結(jié)構(gòu)實體；隔板實體進(jìn)入步驟(9)待使用，等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體繼續(xù)作為基體供步驟(8)創(chuàng)建擾流柱； (8)進(jìn)入擾流柱模塊，選擇需要添加擾流柱的等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體，指定空間內(nèi)兩點以其連線位置及方向作為擾流柱排布位置及中心線方向，設(shè)置擾流柱尺寸及排布參數(shù)，生成一些列擾流柱結(jié)構(gòu)實體；擾流柱實體進(jìn)入步驟(9)待使用，同時等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體進(jìn)入步驟(9)； (9)將等壁厚或者變壁厚葉身內(nèi)形實體與隔板、肋片、擾流柱結(jié)構(gòu)布爾求差得到葉片內(nèi)形；注意三種冷卻結(jié)構(gòu)之間盡量不要發(fā)生干涉，需要在設(shè)計時通過調(diào)節(jié)相關(guān)的尺寸參數(shù)來保證，得到葉片內(nèi)形部分進(jìn)入步驟(10)； (10)將葉片外形布爾求差，得到渦輪冷卻葉片實體模型。
【文檔編號】G06F17/50GK104281751SQ201410541425
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】胡殿印, 王榮橋, 馬飛, 樊江, 梅文斌, 李懋源 申請人:北京航空航天大學(xué)