[發明專利]一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數化構建系統及方法

有效

• 申請號: 201410541425.3
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104281751A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 胡殿印;王榮橋;馬飛;樊江;梅文斌;李懋源
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

1.一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數化構建系統，其特征在于包括：葉身實體模塊、榫頭模塊、緣板模塊、等壁厚葉身內形模塊、變壁厚葉身內形模塊、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，進行葉型樣條曲線的擬合，通過數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，共同構成葉片外形部分，生成的實體與緣板進行配合；

榫頭模塊：首先根據輸入尺寸數據計算榫頭結構草圖中的各定位點絕對坐標，轉化絕對坐標為草圖坐標，連結各定位點并對轉角位置進行倒角完成草圖；拉伸草圖至足夠長度，根據榫頭及伸根處尺寸，建立基準面對拉伸體進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自動構建四個塊體，構造方式同樣為繪制草圖進行拉伸，四個塊體在后續榫頭與緣板進行裝配時使用；榫頭模塊與葉身實體模塊、緣板模塊屬于同級，共同構成葉片外形部分；該榫頭模塊生成的實體與緣板進行配合；

緣板模塊：緣板是連接榫頭與葉身實體的結構，其下表面與榫頭的伸根部分相連；首先根據輸入尺寸數據生成緣板結構草圖中的各定位點、線段、倒角；隨后對緣板草圖進行一定角度回轉，形成緣板實體基本形狀；根據葉片拉削角建立基準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、葉身實體進行配合；

等壁厚葉身內形模塊：首先獲取葉身實體模塊中葉型樣條曲線標識，對組成曲線的點分別獲取每個點(X_n,Y_n)沿曲線的切線方向矢量(u_n,v_n)，根據偏置量E計算偏置后內形截面線的點坐標(X_n’,Y_n’)，將偏置所得內形數據點函數擬合為葉片內形截面線，最后函數完成等壁厚葉身內形實體的造型；等壁厚葉身內形模塊與肋片模塊、隔板模塊、擾流柱模塊同級，共同構成葉片內形部分；該等壁厚葉身內形模塊生成的實體作為基體，與肋片、隔板、擾流柱做差；

變壁厚葉身內形模塊：根據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數組pts[n]；分別選取坐標數組中位于葉盆處及葉背處的部分坐標創建葉盆葉背曲線S_p、S_b，將曲線標識tag_t生成數據鏈表分別取相同的半徑R生成管道狀掃略體T_a、T_b；求得T_a、T_b相交線，將交線向此葉身截面所在平面進行投影得到此葉型中弧線S_m；使用相同方法將中弧線離散為點坐標，創建點特征P_i至P_k；按照設計需求選取壁厚插值算法，根據壁厚值t計算葉盆及葉背側的內形截面曲線點坐標(X_n’,Y_n’)；創建相切圓弧連接葉盆葉背內形曲線，形成完整內形截面線，做出滿足設計要求的數條內形截面線后創建內形實體；變壁厚葉身內形模塊與肋片模塊、隔板模塊、擾流柱模塊同級，共同構成葉片內形部分；該變壁厚葉身內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：首先需要構建肋片的徑向高度h處通過取得此高度的葉身內形截面線，將此截面線離散為點集并獲取點集坐標數組；選取葉盆處肋片起始至結束位置所對應的內形線上的點集P_i至P_k，根據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P_i至P_k間每個點處對應的肋片厚度t，通過與變壁厚葉身內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；在葉型外取兩點肋片形狀曲線點集連結成閉合線框，按照輸入拉伸量D形成板狀肋片結構；肋片模塊與等壁厚葉身內形模塊、變壁厚葉身內形模塊、隔板模塊、擾流柱模塊同級，共同構成葉片內形部分；該肋片模塊生成的實體作為負特征與葉身內形做差；

隔板模塊：首先在空間中選定兩點，程序根據這兩點計算出空間角度作為隔板的位置及扭角，之后選定需要內形實體基體，根據輸入的定位位置及隔板尺寸創建隔板形狀塊體；隔板模塊與等壁厚葉身內形模塊、變壁厚葉身內形模塊、肋片模塊、擾流柱模塊同級，共同構成葉片內形部分；該隔板模塊生成的實體作為負特征與葉身內形做差；

擾流柱模塊：選中空間亮點的位置作為擾流柱結構中心線，根據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構；擾流柱模塊與等壁厚葉身內形模塊、變壁厚葉身內形模塊、隔板模塊、肋片模塊同級，共同構成葉片內形部分；該擾流柱模塊生成的實體作為負特征與葉身內形做差；

以上模塊執行結束后，將等壁厚或者變壁厚葉身內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形部分；將葉片外形與葉片內形布爾求差，得到渦輪冷卻葉片實體模型。

2.根據權利要求1所述的基于特征的渦輪冷卻葉片參數化構建方法，其具體實現如下：

(1)進入外形模塊，瀏覽選擇葉身型線數據點DAT文件儲存位置，生成葉身實體供步驟(4)使用；

(2)進入榫頭模塊，根據對話框中榫頭拓撲結構草圖輸入緣板設計參數，生成榫頭結構實體，并同時生成四個輔助塊體供步驟(4)使用；

(3)進入緣板模塊，根據步驟(1)步驟(2)中外形與榫頭位置確定緣板位置參數，根據對話框中緣板拓撲結構草圖輸入緣板設計參數，生成緣板結構實體供步驟(4)使用；

(4)將緣板與四個輔助塊體布爾做差，以形成與榫頭結構相配合的形狀，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構干涉，將三者布爾求和得到葉片外形部分進入步驟(10)等待使用；

(5)構造葉身內形實體，選擇等壁厚葉身內形模塊進入等壁厚葉身內形模塊，選擇需要制作內腔的葉身實體，輸入壁厚數值E，生成等壁厚葉身內形實體；進入變壁厚葉身內形模塊，選擇需要制作內腔的葉身實體，輸入徑向高度h，生成此高度葉型截面線的中弧線，依次做出數條截面中弧線；選定壁厚插值函數，輸入前緣、尾緣、最大壁厚處的壁厚值，生成完整的內形截面曲線，依次做出數條內形截面線后生成變壁厚葉身內形實體；等壁厚或者變壁厚葉身內形實體作為基體，供步驟(6)創建肋片結構；

(6)進入肋片模塊，選擇需要排布肋片的等壁厚或者變壁厚葉身內形實體，輸入肋片寬度參數、肋片間隔、數量，選擇于葉盆側或者葉背側排布配片生成肋片結構實體肋片；肋片實體進入步驟(9)待使用，等壁厚或者變壁厚葉身內形實體繼續作為基體供步驟(7)創建隔板；

(7)進入隔板模塊，選擇需要添加隔板的等壁厚或者變壁厚葉身內形實體，指定空間內兩點以其連線位置及方向作為隔板排布位置及扭向，設置隔板參數，生成隔板結構實體；隔板實體進入步驟(9)待使用，等壁厚或者變壁厚葉身內形實體繼續作為基體供步驟(8)創建擾流柱；

(8)進入擾流柱模塊，選擇需要添加擾流柱的等壁厚或者變壁厚葉身內形實體，指定空間內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，設置擾流柱尺寸及排布參數，生成一些列擾流柱結構實體；擾流柱實體進入步驟(9)待使用，同時等壁厚或者變壁厚葉身內形實體進入步驟(9)；

(9)將等壁厚或者變壁厚葉身內形實體與隔板、肋片、擾流柱結構布爾求差得到葉片內形；注意三種冷卻結構之間盡量不要發生干涉，需要在設計時通過調節相關的尺寸參數來保證，得到葉片內形部分進入步驟(10)；

(10)將葉片外形布爾求差，得到渦輪冷卻葉片實體模型。