[發(fā)明專利]一種葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片從熱態(tài)到冷態(tài)的葉型轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610153913.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105787199B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐可寧;李雯;弓志強(qiáng);潘若癡;單玉姣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中航空天發(fā)動(dòng)機(jī)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明涉及一種葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子的葉型轉(zhuǎn)換方法，特別涉及一種葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片從熱態(tài)到冷態(tài)的葉型轉(zhuǎn)換方法。所述的方法在已知葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片熱態(tài)葉型的前提下，基于有限元逆向迭代的葉型轉(zhuǎn)換方法，獲取葉片的冷態(tài)葉型。所述的方法提高了計(jì)算精度，并且節(jié)省了人力，提高了效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子的葉型轉(zhuǎn)換方法，特別涉及一種葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片從熱態(tài)到冷態(tài)的葉型轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要在熱態(tài)和冷態(tài)兩種葉型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所謂冷態(tài)葉型，即工程圖上給出的機(jī)械加工葉型，提供給葉片制造加工方和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度振動(dòng)分析人員；而熱態(tài)葉型指的是氣動(dòng)設(shè)計(jì)人員在壓氣機(jī)設(shè)計(jì)階段給出的工作狀態(tài)葉型，即高速旋轉(zhuǎn)的柔性葉片在離心載荷、表面氣動(dòng)載荷和溫度載荷的多重作用下形成的變形后的葉型。由于葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的冷態(tài)和熱態(tài)葉型之間差別較大，存在彈性恢復(fù)角、徑向拉伸、軸向偏移和周向撓度，因此作為葉輪機(jī)完整設(shè)計(jì)鏈中必不可少的一環(huán)，熱態(tài)和冷態(tài)葉型之間的轉(zhuǎn)換精度尤其需要得到設(shè)計(jì)者的重視。當(dāng)前主流方法是采用近似線性化方法處理葉型從熱態(tài)到冷態(tài)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，這種方法將葉片冷熱態(tài)之間的變形視為完全線性過(guò)程，通過(guò)對(duì)熱態(tài)葉型實(shí)施強(qiáng)度分析獲得近似的變形，再將近似得到的變形從熱態(tài)葉型中減去來(lái)獲得冷態(tài)葉型。現(xiàn)有的方法至少存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：

首先，現(xiàn)有方法無(wú)法考慮葉片的非線性作用，這對(duì)于過(guò)去剛性較強(qiáng)的壓氣機(jī)葉片是沒(méi)有問(wèn)題的，但對(duì)于新型的高負(fù)荷高性能葉片而言，其氣動(dòng)載荷更高而剛性更差，不能忽視由幾何非線性導(dǎo)致的葉片大變形。因此，壓氣機(jī)尤其是低壓壓氣機(jī)葉片的變形應(yīng)視為非線性，不適宜進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性化處理。

其次，現(xiàn)有方法通過(guò)試探獲得了“偽”冷態(tài)葉片，使用“偽”冷態(tài)葉片變形而獲得的最終熱態(tài)葉片方案與初始的氣動(dòng)方案存在一定差別，導(dǎo)致最終方案無(wú)法完全忠實(shí)于設(shè)計(jì)者的原始設(shè)計(jì)思路。

最后，現(xiàn)有方法的操作流程繁瑣，需要多次在氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間反復(fù)修正，必須進(jìn)行大量的人工干預(yù)，實(shí)施效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為：克服常規(guī)的從熱態(tài)到冷態(tài)的葉型轉(zhuǎn)換方法的不足，提供一種基于有限元逆向迭代的葉型轉(zhuǎn)換方法，以準(zhǔn)確獲得葉片的冷態(tài)葉型，使工廠根據(jù)本方法提供的冷態(tài)葉型加工得到的葉片在投入實(shí)際使用時(shí)，其工作狀態(tài)的熱態(tài)葉型能夠與氣動(dòng)設(shè)計(jì)人員給定的原始?xì)鈩?dòng)熱態(tài)葉型一致，從而保證實(shí)際葉片能夠忠實(shí)于設(shè)計(jì)者的意圖。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：所述的方法在已知葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片熱態(tài)葉型的前提下，基于有限元逆向迭代的葉型轉(zhuǎn)換方法，獲取葉片的冷態(tài)葉型。

作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的方法包括如下步驟：

步驟一，獲取葉片熱態(tài)葉型坐標(biāo)，并計(jì)算葉片的容差ε1、ε2和ε3；

步驟二，由流體計(jì)算軟件對(duì)熱態(tài)葉型進(jìn)行三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析，獲得葉片表面靜壓；

步驟三，將葉片熱態(tài)葉型的流體網(wǎng)格和葉片表面靜壓轉(zhuǎn)化為葉片熱態(tài)葉型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的氣動(dòng)力；

步驟四，由已知的熱態(tài)葉型坐標(biāo)和氣動(dòng)力，將葉片熱態(tài)葉型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為葉片冷態(tài)葉型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；

步驟五：將葉片由熱態(tài)葉型坐標(biāo)到模擬熱態(tài)葉型坐標(biāo)的有限元網(wǎng)格的變形，通過(guò)三維貼體插值得到模擬熱態(tài)葉型的流體網(wǎng)格；

步驟六：由流體計(jì)算軟件對(duì)所獲得的模擬熱態(tài)葉型的流體網(wǎng)格進(jìn)行三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析；

步驟七：如果步驟六和步驟二兩次流體動(dòng)力學(xué)分析獲得的壓氣機(jī)特性間的差異不滿足容差，則用模擬熱態(tài)葉型坐標(biāo)代替熱態(tài)葉型坐標(biāo)，回到步驟三，否則計(jì)算結(jié)束，此時(shí)得到的葉片冷態(tài)葉型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格即為所需要求的葉輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的冷態(tài)葉型的坐標(biāo)。

作為本技術(shù)方案的一種改進(jìn)，通過(guò)三維貼體插值，將葉片熱態(tài)葉型的流體網(wǎng)格和葉片表面靜壓轉(zhuǎn)化為葉片熱態(tài)葉型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的氣動(dòng)力。