一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法，通過(guò)連接葉身內(nèi)型后緣圓心得到子午線，采用雙管道法生成葉身內(nèi)型中弧線和中弧面，在中弧面上確定擾流柱起始點(diǎn)，通過(guò)起始點(diǎn)作垂直于Z軸的基準(zhǔn)面，找到基準(zhǔn)面與子午線的交點(diǎn)，進(jìn)而沿子午線以給定距離將交點(diǎn)移動(dòng)給定次數(shù)，得到一列沿子午線的點(diǎn)，分別過(guò)點(diǎn)做垂直于Z軸的基準(zhǔn)面，得到基準(zhǔn)面與中弧面的交線集，將上述所有的交點(diǎn)沿各交線以弧長(zhǎng)L移動(dòng)一次，得到第一列擾流柱圓心，將第一列擾流柱圓心沿各交線以弧長(zhǎng)L’移動(dòng)N次，就得到了一組在分布中弧面上的擾流柱圓心。該方法中每組擾流柱圓心以等弧長(zhǎng)等間距的方式分布在中弧面上，使其在葉身型面上的位置分布更均勻，更好地強(qiáng)化了葉身內(nèi)部的擾流散熱。
【專利說(shuō)明】一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪葉片擾流柱參數(shù)化造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多、數(shù)量大、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響大、設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。葉片的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平對(duì)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能、縮短研制周期和降低成本起著重要的作用。
[0003]國(guó)內(nèi)相關(guān)人員針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片造型方法進(jìn)行了廣泛而深入研究，并且初步實(shí)現(xiàn)了渦輪葉片參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。但現(xiàn)有的葉片造型系統(tǒng)主要集中于提供對(duì)于葉片葉身型面的造型功能和葉身截面線的設(shè)計(jì)功能上，對(duì)帶有冷卻系統(tǒng)的葉片的內(nèi)型特征如擾流柱、縱向肋、橫向肋等造型技術(shù)的研究還不是很多，這已不能滿足現(xiàn)今越來(lái)越復(fù)雜的葉片設(shè)計(jì)的需要。
[0004]葉身內(nèi)部具有復(fù)雜的內(nèi)腔以助于散熱和冷卻。內(nèi)腔包括擾流柱、縱向肋、橫向肋等結(jié)構(gòu)。葉身內(nèi)腔的復(fù)雜結(jié)構(gòu)都以凹凸相反的方式體現(xiàn)到了葉身內(nèi)型上，所以內(nèi)型部分的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。它是內(nèi)型型面分別和擾流柱，橫向肋和縱向肋這幾部分做布爾減運(yùn)算后的結(jié)果。擾流柱，橫向肋和縱向肋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和造型是一個(gè)很繁瑣的過(guò)程，提煉出它們的參數(shù)化信息將大大提高它們的設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，現(xiàn)有的高端CAD造型軟件已成為這個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程的核心。現(xiàn)存葉片參數(shù)化造型系統(tǒng)中，擾流柱特征模型的建立，是對(duì)基本特征圓柱和陣列特征等進(jìn)行封裝，通過(guò)建立擾流柱設(shè)計(jì)規(guī)則，提取出設(shè)計(jì)參數(shù)如圓柱直徑，幾何參數(shù)如陣列方式等而實(shí)現(xiàn)的。
[0005]傳統(tǒng)的擾流柱在內(nèi)型上的分布方式有如下三種:
[0006]擾流柱的圓心坐標(biāo)由數(shù)據(jù)文件給出；
[0007]擾流柱的圓心坐標(biāo)的分布是矩形陣列；
[0008]擾流柱的圓心坐標(biāo)的分布是復(fù)雜陣列；
[0009]上述擾流柱都是以某種陣列方式在與葉身內(nèi)型中弧面附近平面平行的基準(zhǔn)面上生成的，當(dāng)基準(zhǔn)面上的擾流柱中心投影到葉身型面上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致葉身型面上擾流柱中心的分布非常不均勻，不利于葉片的擾流散熱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中擾流柱圓心坐標(biāo)生成位置不精確的問(wèn)題，以CAD造型軟件作為平臺(tái)，提出一種葉片擾流柱參數(shù)化造型的新方法。通過(guò)連接葉身內(nèi)型后緣圓心得到子午線，采用雙管道法生成葉身內(nèi)型中弧線，進(jìn)而得到中弧面，在中弧面上確定擾流柱起始點(diǎn)，通過(guò)起始點(diǎn)作垂直于Z軸的基準(zhǔn)面，找到基準(zhǔn)面與子午線的交點(diǎn)，進(jìn)而沿子午線以給定距離將交點(diǎn)移動(dòng)給定次數(shù)，得到一列沿子午線的點(diǎn)，分別過(guò)點(diǎn)做垂直于Z軸的基準(zhǔn)面，得到基準(zhǔn)面與中弧面的交線集，將上述所有的交點(diǎn)沿各交線以弧長(zhǎng)L移動(dòng)一次，得到第一列擾流柱圓心，將第一列擾流柱圓心沿各交線以弧長(zhǎng)L’移動(dòng)N次，就得到了一組在分布中弧面上的擾流柱圓心。這種葉片擾流柱參數(shù)化造型的新方法中，每組擾流柱圓心以等弧長(zhǎng)等間距的方式分布在中弧面上，使其在葉身型面上的位置分布更均勻，更好地強(qiáng)化了葉身內(nèi)部的擾流散熱。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0012]所述一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0013]步驟1:通過(guò)連接葉身內(nèi)型后緣圓心得到子午線；
[0014]步驟2:采用雙管道法生成葉身內(nèi)型中弧線，由葉身內(nèi)型中弧線得到葉身內(nèi)型中弧面；
[0015]步驟3:在中弧面上選取擾流柱起始點(diǎn)，使擾流柱生成的方向沿著積疊軸正向；
[0016]步驟4:確定擾流柱圓心坐標(biāo)分布位置，其中一組擾流柱圓心坐標(biāo)采用以下步驟確定:
[0017]步驟4.1:過(guò)步驟3得到的擾流柱起始點(diǎn)作垂直于葉片坐標(biāo)系Z軸的基準(zhǔn)面，得到垂直于葉片坐標(biāo)系Z軸的基準(zhǔn)面與子午線的交點(diǎn)Pl ；
[0018]步驟4.2:將交點(diǎn)Pl沿子午線按照給定的距離Dl移動(dòng)NI次，得到沿子午線的一列點(diǎn)集Gpl ；
[0019]步驟4.3:過(guò)步驟4.2得到的點(diǎn)集Gpl中的每一點(diǎn)分別做垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面，得到各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面與中弧面的交線；
[0020]步驟4.4:將點(diǎn)集Gpl中的每一點(diǎn)沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)LI移動(dòng)一次，得到第一組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心；
[0021]步驟4.5:將第一組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)LI’移動(dòng)若干次，得到在中弧面上分布的第一組所有擾流柱圓心；
[0022]步驟5:將中弧面上生成的每組擾流柱圓心沿?cái)_流柱中心線往遠(yuǎn)離葉身的方向移動(dòng)相等的距離，得到擾流柱體生成時(shí)的圓心坐標(biāo)；由擾流柱體生成時(shí)的圓心坐標(biāo)和擾流柱的直徑、方向、柱體拉伸高度得到每組擾流柱。
[0023]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法，其特征在于:第k組擾流柱圓心坐標(biāo)確定過(guò)程為:
[0024]步驟a:將交點(diǎn)P (k-Ι)沿子午線按照設(shè)定距離移動(dòng)一次，得到交點(diǎn)P (k)；
[0025]步驟b:將交點(diǎn)P(k)沿子午線按照給定的距離D(k)移動(dòng)N(k)次，得到沿子午線的一列點(diǎn)集Gp (k)；
[0026]步驟c:過(guò)步驟b得到的點(diǎn)集Gp (k)中的每一點(diǎn)分別做垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面，得到各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面與中弧面的交線；
[0027]步驟d:將點(diǎn)集Gp(k)中的每一點(diǎn)沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)L(k)移動(dòng)一次，得到第k組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心；
[0028]步驟e:將第k組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)L(k) ’移動(dòng)若干次，得到在中弧面上分布的第k組所有擾流柱圓心。
[0029]有益效果
[0030]本發(fā)明的有益效果是，這種葉片擾流柱參數(shù)化造型的新方法中，每組擾流柱圓心以等弧長(zhǎng)等間距的方式分布在中弧面上，使其在葉身型面上的位置分布更均勻，滿足了企業(yè)需求，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，并且有很高的靈活性，而且本方法對(duì)三維軟件的平臺(tái)沒(méi)有限制，可以運(yùn)用此方法于多種軟件平臺(tái)，具有良好的通用性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是葉身內(nèi)型和子午線不意圖。
[0032]圖中，1-葉身內(nèi)型；2_連接葉身內(nèi)型后緣圓心得到的子午線。
[0033]圖2是葉身內(nèi)型中弧面示意圖。
[0034]圖中，3-中弧線；4-中弧面。
[0035]圖3是起始點(diǎn)示意圖。
[0036]圖中，5-起始點(diǎn)。
[0037]圖4是葉身內(nèi)型中弧面與基準(zhǔn)面的交線示意圖。
[0038]圖中，6-基準(zhǔn)面；7-交線。
[0039]圖5是兩組擾流柱圓心在中弧面上的分布示意圖。
[0040]圖中，8-第一組第一列的第一個(gè)擾流柱圓心；9_第二組第一列的第一個(gè)擾流柱圓心。
[0041]圖6是在葉身內(nèi)型后緣位置生成的擾流柱示意圖。
[0042]圖7是與擾流柱做布爾差后的葉身內(nèi)型示意圖。
[0043]圖8是葉身內(nèi)型與葉身外形布爾差后的結(jié)果示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明:
[0045]本實(shí)施例以某葉片擾流柱參數(shù)化造型設(shè)計(jì)過(guò)程為例，CAD軟件設(shè)計(jì)環(huán)境為UGNX7.5 軟件。
[0046]在UG NX7.5軟件中導(dǎo)入葉身內(nèi)型后，采用以下步驟:
[0047]步驟1:找到葉身內(nèi)型后緣截面線圓心，通過(guò)連接葉身內(nèi)型后緣圓心得到子午線，如圖1。
[0048]步驟2:采用雙管道法生成葉身內(nèi)型中弧線，由葉身內(nèi)型中弧線得到葉身內(nèi)型中弧面,如圖2。
[0049]步驟3:在中弧面上選取擾流柱起始點(diǎn)，起始點(diǎn)的選取必須使得擾流柱生成的方向沿著積疊軸正向，起始點(diǎn)決定了擾流柱距發(fā)動(dòng)機(jī)中心平面的起始高度，如圖3。
[0050]步驟4:擾流柱設(shè)計(jì)參數(shù)(擾流柱中心軸線的方向和直徑)確定后，就要確定其幾何參數(shù)，即在中弧面上擾流柱圓心的分布位置(本實(shí)施例中有兩組擾流柱):
[0051]步驟4.1:過(guò)步驟3得到的擾流柱起始點(diǎn)作垂直于葉片坐標(biāo)系Z軸的基準(zhǔn)面，得到垂直于葉片坐標(biāo)系Z軸的基準(zhǔn)面與子午線的交點(diǎn)Pl ；
[0052]步驟4.2:將交點(diǎn)Pl沿子午線按照給定的距離Dl移動(dòng)NI次，得到沿子午線的一列點(diǎn)集Gpl ;本例中NI = 8 ；
[0053]步驟4.3:過(guò)步驟4.2得到的點(diǎn)集Gpl中的每一點(diǎn)分別做垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面，得到各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面與中弧面的交線，如圖4 ；
[0054]步驟4.4:將點(diǎn)集Gpl中的每一點(diǎn)沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)LI移動(dòng)一次，得到第一組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心；
[0055]步驟4.5:將第一組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)LI’移動(dòng)2次，得到在中弧面上分布的第一組所有擾流柱圓心；
[0056]步驟4.6:將交點(diǎn)Pl沿子午線按照D1/2的距離移動(dòng)一次，得到交點(diǎn)P2 ；
[0057]步驟4.7:將交點(diǎn)P2沿子午線按照給定的距離D2移動(dòng)N2次，得到沿子午線的另一列點(diǎn)集Gp2 ;本實(shí)施例中Dl = D2，NI = N2 ；
[0058]步驟4.8:過(guò)步驟4.7得到的點(diǎn)集Gp2中的每一點(diǎn)分別做垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面，得到各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面與中弧面的交線；
[0059]步驟4.9:將點(diǎn)集Gp2中的每一點(diǎn)沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)L2移動(dòng)一次，得到第二組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心；本實(shí)施例中，L2 = 2*L1 ；
[0060]步驟4.10:將第二組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)L2’移動(dòng)2次，得到在中弧面上分布的第二組所有擾流柱圓心；本實(shí)施例中L2，= LI，。
[0061]如圖5所示是兩組擾流柱圓心在中弧面上的分布。
[0062]步驟5:將中弧面上生成的每組擾流柱圓心沿?cái)_流柱中心線往遠(yuǎn)離葉身的方向移動(dòng)相等的距離，得到擾流柱體生成時(shí)的圓心坐標(biāo)；由擾流柱體生成時(shí)的圓心坐標(biāo)和擾流柱的直徑、方向、柱體拉伸高度得到每組擾流柱。擾流柱的生成是以組為單位進(jìn)行的，每組擾流柱的方向和直徑可以不同。如圖6是葉身內(nèi)型后緣部分生成的擾流柱體；圖7是與擾流柱體做布爾差后的葉身內(nèi)型；圖8葉身外型與葉身內(nèi)型布爾差后的結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:通過(guò)連接葉身內(nèi)型后緣圓心得到子午線； 步驟2:采用雙管道法生成葉身內(nèi)型中弧線，由葉身內(nèi)型中弧線得到葉身內(nèi)型中弧面； 步驟3:在中弧面上選取擾流柱起始點(diǎn)，使擾流柱生成的方向沿著積疊軸正向； 步驟4:確定擾流柱圓心坐標(biāo)分布位置: 步驟4.1:過(guò)步驟3得到的擾流柱起始點(diǎn)作垂直于葉片坐標(biāo)系Z軸的基準(zhǔn)面，得到垂直于葉片坐標(biāo)系Z軸的基準(zhǔn)面與子午線的交點(diǎn)Pl ； 步驟4.2:將交點(diǎn)Pl沿子午線按照給定的距離Dl移動(dòng)NI次，得到沿子午線的一列點(diǎn)集 Gpl ； 步驟4.3:過(guò)步驟4.2得到的點(diǎn)集Gpl中的每一點(diǎn)分別做垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面，得到各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面與中弧面的交線； 步驟4.4:將點(diǎn)集Gpl中的每一點(diǎn)沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)LI移動(dòng)一次，得到第一組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心； 步驟4.5:將第一組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)LI’移動(dòng)若干次，得到在中弧面上分布的第一組所有擾流柱圓心； 步驟5:將中弧面上生成的每組擾流柱圓心沿?cái)_流柱中心線往遠(yuǎn)離葉身的方向移動(dòng)相等的距離，得到擾流柱體生成時(shí)的圓心坐標(biāo)；由擾流柱體生成時(shí)的圓心坐標(biāo)和擾流柱的直徑、方向、柱體拉伸高度得到每組擾流柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種渦輪葉片擾流柱的參數(shù)化造型方法，其特征在于--第k組擾流柱圓心坐標(biāo)確定過(guò)程為: 步驟a:將交點(diǎn)P(k-l)沿子午線按照設(shè)定距離移動(dòng)一次，得到交點(diǎn)P (k)； 步驟b:將交點(diǎn)P(k)沿子午線按照給定的距離D(k)移動(dòng)N(k)次，得到沿子午線的一列點(diǎn)集Gp (k)； 步驟c:過(guò)步驟b得到的點(diǎn)集Gp (k)中的每一點(diǎn)分別做垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面，得到各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)垂直于積疊軸的基準(zhǔn)面與中弧面的交線； 步驟d:將點(diǎn)集Gp (k)中的每一點(diǎn)沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)L(k)移動(dòng)一次，得到第k組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心； 步驟e:將第k組第一列分布在中弧面上的擾流柱圓心沿各自對(duì)應(yīng)的交線按照給定的弧長(zhǎng)L(k) ’移動(dòng)若干次，得到在中弧面上分布的第k組所有擾流柱圓心。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104392027SQ201410627704
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】莫蓉, 趙碧霞, 張傳佳, 王寧, 黃方林 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)