[發明專利]一種氣冷葉片尾緣劈縫參數化設計方法

有效

• 申請號: 201310312124.9
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103412985A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 莫蓉;馬峰;王英偉;胡淑慧;江奔;萬能;孫惠斌;常智勇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及葉片參數化設計技術領域，具體為一種氣冷葉片尾緣劈縫參數化設計方法。

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，渦輪葉片是內部空腔且有一定壁厚的復雜零件。由于渦輪葉片的外形結構與氣動數據密切相關，并且內部構造嚴重影響強度問題、氣冷效果等，所以設計渦輪葉片是復雜的過程，需要多學科知識的綜合運用，并且在葉身內形結構中，存在著許多復雜特征如：肋板、氣膜孔、擾流柱等特征結構。其中在葉身尾部存在著尾緣劈縫特征,尾緣劈縫的作用是將冷卻氣體通過尾部排出以減小氣體對渦輪葉片的損害，所以尾緣劈縫的設計尤為重要。

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設計。在傳統的渦輪葉片設計中，尾緣劈縫具有尾緣全劈縫、半劈縫等結構形式。在這些劈縫的設計過程中，首先得到葉身內形的設計參數，根據設計要求得到尾緣劈縫的截面形狀,生成尾緣劈縫的實體，然后將尾緣劈縫實體和葉身內形做布爾并操作，再與葉身外形做布爾差操作，得到最終的尾緣劈縫特征。這些劈縫的截面形狀簡單，造型方便，但在劈縫特征和葉身內表面相接處并不滿足曲面連續性的要求。事實上，在設計渦輪葉片過程中，應該盡量保證曲面光順性和連續性要求，在多個曲面拼接的結合部分連續性至少保證G1水平。然而傳統的尾緣劈縫，由于設計造型簡單，獨立于葉身內形設計，使得在葉身內形和尾緣劈縫的相接處不可能達到G1連續性的要求。由于葉身造型設計多采用“反陰為陽”的辦法，即先將葉身內形與尾緣劈縫特征做布爾并集操作，再與葉身外形做布爾差操作，而利用兩個相對獨立的實體特征進行布爾操作時，不能保證在過渡處兩個相鄰的曲面的幾何連續性，這樣使得最終的得到的渦輪葉片模型在尾緣劈縫與葉身內形過渡處產生“凸臺”，嚴重影響冷卻效果，影響渦輪葉片的最終性能。

發明內容

要解決的技術問題

為解決現有技術存在的問題，本發明針對現有尾緣劈縫建模方法的不足，提出了一種氣冷葉片尾緣劈縫參數化設計方法。

技術方案

本發明通過創建并約束異形尾緣劈縫的邊界曲面來保證劈縫特征和葉片實體特征之間的G1連續，從而構造出尾緣劈縫實體特征。該方法在構造邊界曲面時，通過離散曲面邊界線，約束關鍵曲面與葉身內形曲面的位置關系，最終得到的曲面本身具有良好的光順性，曲面與葉身內形過渡處在誤差范圍內保證G1連續性。另外通過對離散參數的控制與修改，可以控制關鍵曲面的曲面形狀。通過對異形截面線的尺寸控制，可實現尾緣劈縫的參數化設計。這種方法從控制曲面的邊界線入手，所得到曲面具有良好的光順性，并且適用于多種三維CAD軟件平臺，從而彌補了現在葉片設計中尾緣劈縫結構設計的不足。

本發明的技術方案為：

所述一種氣冷葉片尾緣劈縫參數化設計方法，其特征在于：采用以下步驟：

步驟1：向三維造型軟件中導入葉身模型，葉身模型由葉身外形實體模型與葉身內形實體模型組成，葉身截面由葉身內形截面線和葉身外形截面線組成，其中葉身內形截面線分為內形葉盆曲線、內形葉背曲線、內形前緣曲線和內形尾緣曲線四段；葉身外形截面線分為外形葉盆曲線、外形葉背曲線、外形前緣曲線和外形尾緣曲線四段；

步驟2：在每個截面上都創建尾緣劈縫異形截面線，所述尾緣劈縫異形截面線由七條直線段首尾順序相接封閉而成，七條直線段的創建步驟如下：

步驟2.1：將內形尾緣曲線圓心與內形尾緣曲線兩端點分別連接，形成半徑線a和半徑線b；

步驟2.2：過內形尾緣曲線兩端點分別建立與內形葉盆曲線以及與內形葉背曲線相切的直線段，其中與半徑線a相連且與內形葉盆曲線相切的直線段為關鍵曲線c，與半徑線b相連且與內形葉背曲線相切的直線段為關鍵曲線d；其中關鍵曲線d從外形尾緣曲線段伸出葉身外形截面線，所有截面上的關鍵曲線c長度均相等，關鍵曲線c和關鍵曲線d不相交；

步驟2.3：過關鍵曲線c的自由端創建關鍵曲線c的垂線為成形曲線e；通過關鍵曲線d的自由端創建關鍵曲線d的垂線為成形曲線g；其中成形曲線e從外形葉盆曲線段伸出葉身外形截面線，所有截面上的成形曲線e長度均相等，成形曲線g與葉身外形截面線不想交；成形曲線e和成形曲線g不相交；

步驟2.4：連接成形曲線e的自由端與成形曲線g的自由端，得到閉合曲線f；其中閉合曲線f與葉身外形截面線不相交；