[發明專利]確定壓氣機葉片所受氣動合力及其作用點的方法

有效

• 申請號: 202110248959.7
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112597613B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張烔;王進春;樊琳;楊平;曹傳軍;吳志青
• 申請（專利權）人: 中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 顧嘉運

1.一種確定壓氣機的葉片所受氣動合力及其作用點的方法，包括：

將所述壓氣機的葉片的三維模型的表面劃分成多個網格；

針對葉片表面的每個所述網格計算出該網格的各頂點的靜壓值；

將各網格頂點按下述方式進行編號排列：將各網格頂點分別在i、j兩個方向上進行編號排列，其中i方向為葉面沿葉片型線從前緣到尾緣再到前緣的方向，而j方向為沿葉高的方向；

對于所述葉片表面上的每個所述網格，將其以沿著相同對角線方向劃分所有的網格的方式劃分為兩個三角形微元平面；

通過遍歷每個網格計算相應三角形微元平面上的壓力矢量，并將所有三角形微元平面上的壓力矢量累加以獲得整個葉片受到的合力；

基于在葉片的所有三角形微元上的分力對三維空間坐標的原點的力矩之和等于整個葉片受到的合力對所述原點的力矩的合力矩相等原理，計算合力作用線；以及

根據葉片壓力面上的各個網格頂點到所述合力作用線的距離確定合力作用點。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過下述公式計算所述三角形微元平面上的壓力矢量：

其中表示在該三角形微元上的壓力矢量，p為三角形微元平面上的靜壓值，其用該三角形三個頂點的靜壓值取平均得到，為該三角形微元的面積，為該三角形微元面的法向量。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，根據下述公式將所有三角形微元平面上的壓力矢量累加以獲得整個葉片受到的合力：

其中，為整個葉片受到的合力，而為從各個網格中劃分出的各三角形微元所受的壓力矢量，i為葉片型線方向坐標，取值為1，…，I；j為葉高方向坐標，取值為1，…，J，其中J表示沿葉高方向j共有J個網格，而I表示沿葉片型線方向i共有I個網格；k為每個網格中的各三角形微元，取值為1，2。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述合力矩相等原理由下述公式表示：

其中，為各個三角形微元所受的壓力矢量，為各個三角形微元的中心O′到原點O的矢徑，為整個葉片受到的合力，為整體合力的作用點到原點的矢徑。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，根據葉片壓力面上的各個網格頂點到所述合力作用線的距離確定合力作用點包括：

根據下述公式計算出與葉片壓力面上的各個網格頂點到所述合力作用線的距離相關聯的量：

其中F_x、F_y、F_z為計算出的整個葉片受到的合力在x、y、z方向上的分量；其中在三維空間坐標中，x代表橫軸，y代表縱軸, z代表豎軸；M_ijk表示坐標為（i, j）的網格的各三角形微元的中心到原點的力矩，而、和分別表示所述力矩在x、y、z方向上的分量；

選擇具有最小值的四個網格頂點，并將該四個網格頂點的平均三維坐標作為所述合力作用點。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述壓氣機的葉片的三維模型的表面劃分成多個網格和所述針對葉片表面的每個所述網格計算出該網格的各頂點的靜壓值的步驟是利用計算流體力學中的三維設計分析軟件來實現。

7.一種存儲有指令的計算機可讀存儲介質，當所述指令被執行時使得機器執行如權利要求1-6中任一項所述的方法。

8.一種計算機系統，包括用于執行如權利要求1-6中任一項所述的方法的裝置。