[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

技術領域

本發明涉及一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數化構建系統及方法，屬于航空發動機渦輪冷卻葉片技術領域。

背景技術

為滿足現代航空發動機對高推重比的追求，渦輪葉片的結構形式由實心葉片發展到具有復雜內腔、氣膜冷卻孔及擾流柱等結構的空心氣冷葉片。

渦輪冷卻葉片在設計時，對其葉片外形、內形、包含的特征、特征參數等要求都比較苛刻。渦輪葉片的結構需要根據相關設計環節中的設計要求進行調整，必須滿足發動機的性能、冷卻、強度和工藝等各方面的要求，設計難度高，設計過程反復迭代，設計周期長。

目前使用程序對渦輪葉片造型進行設計的方法國內外研究人員已經展開了一定的研究。例如在Georgia,N.K等人發表在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系統，首先根據葉型線參數造型出中弧線，在中弧線基礎上定義葉盆、葉背處各控制點壁厚得出葉型線，進而由數條葉型線得出葉片實體造型。然而現有的渦輪機械類葉片參數化設計系統主要是應用于實心葉片，針對其葉型參數進行造型設計，然后提供葉型的優化方法，涉及到冷卻葉片的設計方法不多。

發明內容

本發明克服現有技術的確良不足，提供一種針對渦輪冷卻葉片及各典型冷卻特征的參數化構建系統及方法，使用本發明可大大提高渦輪冷卻葉片設計效率，且具有自動化程度較高、適用性較廣、可擴展性優良等優點，適用性較強且易于擴展及修改。

本發明技術解決方案：一種基于特征的渦輪冷卻葉片參數化構建系統及方法，其特點在于包括：葉身實體模塊、榫頭模塊、緣板模塊、等壁厚葉身內形模塊、變壁厚葉身內形模塊、換熱肋片模塊、通道隔板模塊、擾流柱模塊，其中：

葉身實體模塊：由于在實際葉片結構設計中，葉身實體屬于氣動計算部門設計，氣動設計人員通過計算給出dat格式的葉身實體的截面數據點，依次導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功能為瀏覽選取整理好的DAT格式文件，執行UF_CURVE_create_spline()函數進行葉型樣條曲線的擬合，最后執行UF_CURVE_creat_thru_curves()函數通過數條樣條曲線形成葉身實體。

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。以樅樹形二齒榫接結構為例，首先執行UF_SKET_create_sketch()函數，根據輸入尺寸數據計算緣板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，連結各定位點并對設計位置進行倒角完成草圖；執行UF_MODL_create_extruded()函數拉伸草圖至足夠長度，根據榫頭及伸根處尺寸，執行UF_MODL_create_fixed_dplane()建立基準面執行UF_MODL_trim_body()函數對拉伸體進行修剪形成榫頭形狀。由于榫頭結構與緣板結構具有一定的相關性，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等。榫頭造型完成后會以榫頭尺寸為基準自動生成四個塊體，構造方式同樣為繪制草圖進行拉伸，塊體在后續榫頭與緣板進行裝配時使用。

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。首先執行UF_SKET_create_sketch()函數，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；隨后使用UF_MODL_create_revolution()函數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執行UF_MODL_trim_body()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構通過UF_MODL_subtract_bodies()做差，得到能夠與榫頭相配合的形狀，之后與榫頭進行求和，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。

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tag_t，對組成曲線的點分別執行UF_SO_create_dirr_doubles()函數獲取每個點(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’)，計算算法如下：