[發明專利]一種渦輪葉片層板冷卻結構的建模方法

有效

• 申請號: 202010934816.7
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112035981B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 陶智;姚廣宇;朱劍琴;邱璐;李地科;王燕嘉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 于鵬

一種渦輪葉片層板冷卻結構的建模方法，涉及航空發動機領域，解決雙層壁渦輪導葉復雜型面上的冷卻結構定位和建模問題，使用絕對坐標系對各個冷卻結構進行定位，在確定各冷卻結構位置后使用局部坐標系對其進行建模。將葉型數據內置于建模程序內部，以數組的結構對其進行儲存。對于有彎扭的復雜雙層壁葉片，將其扭轉規則和截面重心引導線同樣存儲于數組，對葉型數據進行幾何坐標變換，得到沿葉高各個截面的參數化葉型數據。對存儲參數化葉型數據的數組進行指針操作，完成對冷卻結構絕對坐標的定位。便可以通過局部坐標對其進行建模。通過對前述數組進行操作，確定冷卻結構局部的型面法向量，建立局部坐標系，完成對冷卻結構的建模。

技術領域

本發明涉及航空發動機領域，具體涉及一種渦輪葉片層板冷卻結構的建模方法。

背景技術

在航空發動機設計過程中，提高渦輪進口燃氣溫度是改善航空發動機性能的重要途徑。相同發動機尺寸下，渦輪進口燃氣溫度每提高55℃，推力就能提高10％左右。目前，世界先進軍用航空發動機渦輪進口燃氣溫度可以達到1970K，這樣的溫度是葉片材料無法承受的。且渦輪進口燃氣溫度的增長速度遠遠高于材料耐溫程度的增長速度。因此，我們需要設計先進的冷卻結構，來適應不斷提高的渦輪前溫度。

目前，國內外對渦輪冷卻結構的研究現狀和發展趨勢主要是針對層板型渦輪冷卻葉片進行設計。根據計算，使用雙層壁渦輪葉片可以將冷卻效率提高20％～30％，渦輪前溫度提高222～333℃。要發展高性能的五代機葉片，乃至更先進的下一代葉片，雙層壁渦輪葉片都是具有重大潛力的基礎結構。

要在層板型渦輪冷卻葉片上實現擾流柱、沖擊孔、氣膜孔等冷卻結構陣列的綜合建模，就要對各類冷卻結構進行位置和軸線方向的定位。與此同時，使用三維建模軟件逐個構建葉片模型需要耗費大量的時間和精力。為了加快雙層壁渦輪導葉冷卻結構的建模效率，需要對這些三維軟件進行二次開發，即在設計人員輸入幾何參數后，建模程序便可以快速輸出對應的三維結構模型，從而加快建模流程。

發明內容

本發明為解決雙層壁渦輪導葉復雜型面上的冷卻結構定位和建模問題，提供一種渦輪葉片層板冷卻結構的建模方法。

一種渦輪葉片層板冷卻結構的建模方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、對冷卻結構進行定位；

對葉片的型面數據進行參數化，采用數組的形式對參數化后的數據進行存儲，通過對數組指針的操作實現對冷卻結構位置的定位；

步驟二、對步驟一定位的冷卻結構建立局部坐標系；

在步驟一所述的數組中選取冷卻結構的起始點，并采用局部二維角坐標系確定二維向量；具體為：

首先，采用垂直葉片型面的向量作為局部二維角坐標系的基準軸；取逆時針為正向，順時針為負向；

然后，取冷卻結構起始點P_i，取同數組中與所述起始點相鄰的兩點P_i-1和P_i+1，作其連線的垂直平分線，獲得P_i垂直于葉片型面的向量作為二維向量；

步驟三、根據步驟二獲得的冷卻結構的起始點和P_i垂直于葉片型面的向量，完成建模。

本發明的有益效果：

(1)針對不同葉型的通用性強。將實驗得到的葉型數據直接作為輸入數據，以數組的形式存儲于程序內部。輔以葉型扭轉規則和截面重心引導線等設計參數，便可以實現對各種不同葉型復雜葉片的建模，無需重新編寫程序。

(2)本發明的定位和建模方法省去了以往建模程序針對每個單獨冷卻結構的坐標運算和定位過程，定位和建模速度比較快，效率高。

(3)在建模階段使用型面法向量確定的局部坐標系進行建模，更符合渦輪葉片的實際設計過程。

附圖說明