[發(fā)明專利]一種葉輪機械葉片骨線設計方法

有效

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• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112528427B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設計）人: 黃建華;周康;趙斌
• 申請（專利權）人: 江蘇徐工工程機械研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 母秋松

本發(fā)明公開了一種葉輪機械葉片骨線設計方法，采用貝塞爾曲線構造葉片外環(huán)二維骨線，獲取葉片外環(huán)二維骨線及貝塞爾曲線控制點矩陣；由葉片外環(huán)二維骨線與后盤參數(shù)計算葉片外環(huán)三維骨線；根據(jù)葉片外環(huán)三維骨線形狀確定投影向量與投影平面；將葉片外環(huán)三維骨線沿著投影向量投影至投影平面，根據(jù)葉片外環(huán)三維骨線投影獲得在投影平面上的葉片內環(huán)骨線的投影；將葉片內環(huán)骨線的投影逆向映射至前盤，獲得葉片內環(huán)三維骨線。本發(fā)明通過外環(huán)骨線設計內環(huán)骨線，建立了葉片內環(huán)、外環(huán)骨線之間的聯(lián)系，通過投影向量調整葉片空間形態(tài)，設計的葉片葉型豐富、調整靈活、工藝性好，實現(xiàn)了參數(shù)化設計，便于進行后續(xù)優(yōu)化設計。

技術領域

本發(fā)明涉及一種葉輪機械葉片骨線設計方法，屬于葉輪機械技術領域。

背景技術

葉輪機械在工程應用中使用廣泛，包括風機、液力變矩器、水泵、壓氣機等。葉輪機械一般由葉柵、前盤、后盤等組成，葉柵與前盤、后盤之間圍成的通道形成流體流動的流道，通過葉柵系統(tǒng)與流體的相互作用實現(xiàn)機械能與流體動能的相互轉化。

葉柵是葉輪機械的核心組成部分，其設計的好壞直接影響葉輪機械的性能表現(xiàn)。葉柵系統(tǒng)由繞旋轉軸周期陣列排布的多個葉片組成，葉片形狀根據(jù)其應用場合的不同差別很大，包括二維直板葉片、非等厚三維扭曲葉片等。傳統(tǒng)的葉片骨線的表達方式為直線、圓弧、拋物線等較簡單的線型，在葉片的幾何多樣性與適應性等方面略有不足，儒科夫斯基型線、NACA翼型等線型受到控制參數(shù)、適用性、可調整性等方面的制約在使用時僅適用于某些領域。此外，傳統(tǒng)的葉片設計方法分別對葉片的內外環(huán)面進行設計，難以兼顧葉片加工的工藝性與流體力學性能。

現(xiàn)有技術中，葉片的單環(huán)面采用上、下型線解析函數(shù)表示，設計參數(shù)眾多，且偏重于代數(shù)風格的函數(shù)式不直觀，不便于對幾何的調整，在進行優(yōu)化設計時計算量巨大。另外，葉片采用兩條不同的線型進行葉片骨線設計，存在難以定位、約束復雜，不便于進行優(yōu)化設計等問題。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種葉輪機械葉片骨線設計方法,保證葉片的適應性、多樣性與靈活性，同時，還可以保證設計葉片很好的工藝性。葉片幾何實現(xiàn)參數(shù)化表達，設計參數(shù)簡潔直觀，便于后續(xù)進行優(yōu)化設計。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種葉輪機械葉片骨線設計方法，包括如下步驟：

步驟1：設計葉輪機械的前盤、后盤，確定葉片在前盤、后盤上的位置；

步驟2：采用貝塞爾曲線構造葉片外環(huán)二維骨線,獲取葉片外環(huán)二維骨線及其貝塞爾曲線控制點矩陣；

步驟3：由葉片外環(huán)二維骨線與后盤參數(shù)計算葉片外環(huán)三維骨線；

步驟4：根據(jù)葉片外環(huán)三維骨線形狀確定投影向量與投影平面；

步驟5：將葉片外環(huán)三維骨線沿著投影向量投影至投影平面，計算外環(huán)三維骨線在投影平面上的投影點坐標，在外環(huán)骨線的投影線上確定內環(huán)骨線在投影平面上的投影首點，根據(jù)內環(huán)骨線的長度確定內環(huán)骨線在投影平面上的投影尾點，獲得在投影平面上與外環(huán)骨線投影重合的葉片內環(huán)骨線投影；

步驟6：將葉片內環(huán)骨線投影沿著投影向量逆向映射至前盤，獲得葉片內環(huán)三維骨線。

作為優(yōu)選方案，所述步驟1具體包括：

設計葉輪機械的前盤、后盤，確定子午面內前盤子午線參數(shù)(r，z)、后盤子午線參數(shù)(R、Z)，確定葉片在前盤、后盤上的位置，即確定葉片內環(huán)(r，z)、葉片外環(huán)(R、Z)的最大值、最小值。r、R為在子午面內葉片上點至旋轉軸的距離，z、Z為在柱坐標系中旋轉軸上的坐標值。

作為優(yōu)選方案，所述步驟2具體包括：

采用貝塞爾曲線，構造葉片外環(huán)二維骨線的控制點矩陣Pg1，