[發明專利]一種渦輪葉片伸根段內型參數化建模方法

無效

• 申請號: 201210112224.2
• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN102637233A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 萬能;王英偉;余旸;馬峰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F01D5/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及渦輪葉片內型設計技術領域，具體為一種渦輪葉片伸根段內型參數化建模方法。

背景技術

航空發動機葉片是航空發動機的關鍵部件，具有結構復雜、品種多、數量大、對發動機性能影響大、設計制造周期長等特點。航空發動機葉片中以帶氣冷結構的渦輪葉片最為復雜，它除了帶有復雜的內腔結構外，在葉身和榫頭之間還有一段具有復雜形狀的伸根段(中間葉根)結構。伸根段結構在設計中要綜合考慮內腔氣流量、強度、渦輪盤和榫頭結構以及葉片重量等要素，是一個非常復雜繁瑣的設計過程。

國內相關人員針對航空發動機葉片造型方法進行了廣泛而深入研究，并且初步實現了渦輪葉片參數化建模設計方法。但是針對葉片伸根段的建模研究較少，尤其鮮有對自由形狀伸根的研究。自由形狀的伸根可以使葉片在保證強度的情況下盡可能的輕，有效的保證葉片重量與強度之間的協調性。在葉片結構中，復雜的內腔結構需反陰為陽地體現在葉片內型上，所以針對伸根段的設計，一般先設計內型形狀，然后再給出插值壁厚生成外型。要得到高質量的伸根段結構，就必須采用先進的伸根段內型建模設計方法。

現有伸根段設計方法主要是針對特定型號設計，伸根內型通過葉身內型上的某截面線以及榫頭內型的頂截面線這兩段封閉曲線直接插值生成封閉的曲面，由于葉身內型與榫頭內型形狀特征差別較大，這樣的做法導致了伸根內型出現了明顯的“脊”或“凹痕”，不具備良好的光順性。并且其通用性不高，不能有效的解決伸根參數化設計問題。現有的CAD軟件具有支持自由形狀特征建模的功能，但是對于伸根段建模沒有直接的特征方法。為此需要提出一種渦輪葉片伸根段內型參數化設計方法，以解決自由形狀伸根參數化的問題，提高葉片伸根段的設計效率及其光順性，并且具有較高的通用性。

發明內容

要解決的技術問題

為解決現有技術中渦輪葉片伸根段建模方法的不足，本發明提出了一種渦輪葉片伸根段內型參數化建模方法。

技術方案

本發明通過對多個自由曲面特征的分段構造以及對這些曲面的連續性限制，生成葉片伸根段內型，并通過特征參數的更改實現伸根內型參數化建模設計。

本發明的技術方案為：

所述一種渦輪葉片伸根段內型參數化建模方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：向三維造型軟件中導入渦輪葉片的葉身內型數據模型和榫頭內型數據模型，其中葉身內型數據模型和榫頭內型數據模型采用U、V雙參數表示；

葉身內型數據模型中的葉身內型截面線分為四段，分別為葉盆曲線、葉背曲線、前緣曲線和后緣曲線；與所述葉盆曲線、葉背曲線、前緣曲線和后緣曲線位置對應，葉身內型數據模型中的葉身內型曲面分為葉盆曲面、葉背曲面、前緣曲面和后緣曲面；

與所述葉盆曲面、葉背曲面、前緣曲面和后緣曲面位置對應，榫頭內型數據模型中的榫頭內型曲面分為榫頭內型葉盆曲面、榫頭內型葉背曲面、榫頭內型前緣曲面及榫頭內型后緣曲面；

步驟2：比例分劃葉身內型曲面的前緣曲面和后緣曲面：

將葉身內型曲面的前緣曲面按時針方向劃分為三個曲面，分別為葉身前緣左曲面、葉身前緣中間曲面和葉身前緣右曲面，劃分方法為：在葉身內型曲面U方向上保持參數恒定，在V方向上參數按百分比劃分，其中葉身前緣左曲面和葉身前緣右曲面所占的百分比相同；

將葉身內型曲面的后緣曲面按照與葉身內型曲面的前緣曲面相同的劃分方法，以及相同的時針方向劃分為三個曲面，分別為葉身后緣左曲面，葉身后緣中間曲面，葉身后緣右曲面，其中葉身后緣左曲面和葉身后緣右曲面所占的百分比相同；

步驟3：劃分榫頭內型前緣曲面和榫頭內型后緣曲面：

當榫頭內型曲面采用樣條連接方式時，按照葉身內型曲面的前緣曲面的劃分時針方向將榫頭內型前緣曲面包含的兩個導圓面定義為榫頭前緣左曲面和榫頭前緣右曲面，將榫頭內型前緣曲面包含的中間豎直平面定義為榫頭前緣中間曲面；按照葉身內型曲面的后緣曲面的劃分時針方向將榫頭內型后緣曲面包含的兩個導圓面定義為榫頭后緣左曲面和榫頭后緣右曲面，將榫頭內型后緣曲面包含的中間豎直平面定義為榫頭后緣中間曲面；

當榫頭內型曲面采用圓弧連接方式時，將榫頭內型前緣曲面按照與葉身內型曲面的前緣曲面相同的劃分方法，以及相同的時針方向和相同的劃分比例劃分為三個曲面，分別為榫頭前緣左曲面、榫頭前緣中間曲面和榫頭前緣右曲面；將榫頭內型后緣曲面按照與葉身內型曲面的后緣曲面相同的劃分方法，以及相同的時針方向和相同的劃分比例劃分為三個曲面，分別為榫頭后緣左曲面、榫頭后緣中間曲面和榫頭后緣右曲面；