[發明專利]葉片內腔設計方法、機器可讀存儲介質和數據處理設備

在審

• 申請號: 202110982956.6
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113642130A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 李洋;閆紅雨;邱長波;鄭獻武;趙尊盛;薛樹林
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F17/12
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 史光偉;張迎新

本發明提供一種葉片內腔設計方法、機器可讀存儲介質和數據處理設備，所述葉片內腔設計方法包括步驟：確定內腔前緣；確定內腔尾緣；確定壁厚偏置的起止型值點。本發明的葉片內腔設計方法是基于垂直偏置的渦輪葉片內腔曲線參數化設計方法，相比常規的內腔造型方法操作簡單，效率更高，可實現渦輪內腔快速精準造型，避免了現有內腔型線設計法中復雜的中弧線求解操作，設計效率得到提高，同時前緣尾緣造型更精準，結構優化易于控制，為葉片二維冷卻結構的快速迭代設計提供基礎。

技術領域

本發明屬于航空發動機葉片設計領域，特別涉及葉片內腔設計方法、機器可讀存儲介質和數據處理設備。

背景技術

航空發動機渦輪進口溫度的不斷提高促使渦輪葉片冷卻結構日趨復雜，渦輪葉片多具有復雜內腔，因而設計難度大，設計周期長。現有的渦輪葉片的內腔造型方法中，主要采用基于中弧線的整體偏置法。為得到正確的偏置方向，需先求出中弧線，中弧線為葉盆葉背曲線內切圓圓心的集合，解析法不易求得，多通過CAD建模軟件進行一系列復雜的操作(如曲線擬合+多次管道掃略求交線+投影等)得到葉片二維截面的中弧線，然后，外型線朝著中弧線的方向整體偏置得到粗略的內腔型線。

上述方法適用于等壁厚且壁厚較小的渦輪葉片。首先，對于尾緣較厚的葉片，內腔尾緣并不能簡單地看作由外型尾緣向內偏置得到，即使采用變壁厚偏置也很難得到精確的內腔尾緣。其次，隨著壁厚增大，葉盆葉背向內偏置時會相交，從而得到的前緣尾緣是尖銳的。因此需要重新構造內腔尾緣，具體操作包括中弧線與外型線交點求解、中弧線法線求解、內腔葉盆葉背內切圓構造等一系列操作。

綜上，現有的渦輪葉片內腔造型方法存在如下問題：

1)操作復雜，效率不高，中弧線以及前緣尾緣圓弧不易得到。

首先，基于中弧線的整體偏置法首先需要得到中弧線，但中弧線的求解難度大，耗時較長。其次，整體偏置后容易出現內腔葉盆葉背相交的情況，前緣尾緣的圓弧求解復雜。

2)內腔尾緣圓弧造型精度不足且難以控制。

對于尾緣較厚的葉片，內腔尾緣已不能由外型線整體偏置得到，尾緣圓弧造型不精確。其次，由于缺乏具體參數，造型迭代設計時修改難度大，不易控制。

發明內容

針對上述問題，本發明提供葉片內腔設計方法、機器可讀存儲介質和數據處理設備。

本發明的葉片內腔設計方法，包括步驟：

確定內腔前緣；

確定內腔尾緣；

確定壁厚偏置的起止型值點。

進一步，

所述確定內腔前緣，包括步驟：

通過選取外型線前緣數據進行圓擬合，得到外型線前緣圓的圓心(x0,y0)，所述外型線包括葉背和葉盆。

進一步，

所述內腔前緣的半徑為設計參數，所述內腔前緣與所述外型線前緣圓同心。

進一步，

所述確定內腔尾緣，包括步驟：

通過選取外型線尾緣數據進行圓擬合，得到外型線尾緣圓的圓心(x0’,y0’)，

定義所述外型線尾緣圓的圓心到內腔尾緣圓的圓心的距離為尾緣長度L_tail，取所述尾緣長度L_tail為設計值，得到尾緣長度圓的方程：

擬合所述外型線的葉盆、葉背，得到方程：

f_{YP_fit}(x)-y＝0 (5)