[發明專利]一種葉輪機轉子葉片從熱態到冷態的葉型轉換方法

有效

• 申請號: 201610153913.6
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105787199B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 徐可寧;李雯;弓志強;潘若癡;單玉姣
• 申請（專利權）人: 中航空天發動機研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種葉輪機轉子葉片從熱態到冷態的葉型轉換方法，其特征為：所述的方法在已知葉輪機轉子葉片熱態葉型的前提下，基于有限元逆向迭代的葉型轉換方法，獲取葉片的冷態葉型；

所述的方法包括如下步驟：

步驟一，獲取葉片熱態葉型坐標，并計算葉片的容差ε1、ε2和ε3；

步驟二，由流體計算軟件對熱態葉型進行三維計算流體動力學分析，獲得葉片表面靜壓；

步驟三，將葉片熱態葉型的流體網格和葉片表面靜壓轉化為葉片熱態葉型的結構網格上的氣動力F_P；

步驟四，由已知的熱態葉型坐標和氣動力，將葉片熱態葉型結構網格轉化為葉片冷態葉型的結構網格；

具體包括：

步驟4.1：設葉片的轉速為Ω，則引入矩陣

步驟4.2：令i＝0，并假設當前冷態葉型坐標

步驟4.3：根據當前冷態葉型坐標求得結構的小位移剛度矩陣K₀、離心剛度矩陣K_C和所受的離心力F_C,分別為

其中所有的積分都是在結構單元e上進行體積積分，式中B₀代表小位移剛度矩陣，D為彈性矩陣，ρ為密度，N為形函數矩陣，[x₀ y₀ z₀]^T為初始坐標,T為矩陣轉置符合；

步驟4.4：令n＝0，并假設初始位移

步驟4.5：根據a_n求得應力剛化矩陣K_σ、大變形剛度矩陣K_L和反力F^nr，分別為：

其中：

σ＝[σ_x σ_y σ_z τ_xy τ_yz τ_xz]^T，B_L＝AG，u、v、w分別為x、y、z方向的位移，σ為應力向量，N_i為投影點處的形函數；

步驟4.6：根據(K₀-K_C+K_σ+K_L)da_n+1＝F_C+F_p-F^nr求出增量位移da_n+1；

步驟4.7：計算新位移a_n+1＝a_n+da_n+1；

步驟4.8：如果滿足收斂條件||da_n+1||₂<ε1||a_n+1||₂，則獲得總增量剛度矩陣和位移a⁽ⁱ⁾＝a_n+1，否則令n＝n+1，前往步驟4.5；

步驟4.9：計算模擬熱態葉型坐標和下一步新的冷態葉型坐標

步驟4.10：如果滿足收斂條件則獲得冷態葉型坐標和模擬熱態葉型坐標否則令i＝i+1，前往步驟4.3；

步驟五：將葉片由熱態葉型坐標到模擬熱態葉型坐標的有限元網格的變形，通過三維貼體插值得到模擬熱態葉型的流體網格；

步驟六：由流體計算軟件對所獲得的模擬熱態葉型的流體網格進行三維計算流體動力學分析；

步驟七：如果步驟六和步驟二兩次流體動力學分析獲得的壓氣機特性間的差異不滿足容差，則用模擬熱態葉型坐標代替熱態葉型坐標，回到步驟三，否則計算結束，此時得到的葉片冷態葉型的結構網格即為所需要求的葉輪機轉子葉片的冷態葉型的坐標。

2.根據權利要求1所述的一種葉輪機轉子葉片從熱態到冷態的葉型轉換方法，其特征為：通過三維貼體插值，將葉片熱態葉型的流體網格和葉片表面靜壓轉化為葉片熱態葉型的結構網格上的氣動力。

3.根據權利要求1所述的一種葉輪機轉子葉片從熱態到冷態的葉型轉換方法，其特征為：通過迭代法將葉片熱態葉型結構網格轉化為葉片冷態葉型的結構網格。