任意回转流面内叶型几何生成方法

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1、航空学报Oct．252015V01．36No．103483-3493ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．eduC13hkxb@buaa．edu．cn任意回转流面内叶型几何生成方法杨炯，宁涛*，席平北京航空航天大学机械Z-程及自动化学院，北京100191摘要：传统的叶型设计方法对流道内的流面一般采用平面、柱面或锥面进行流面简化。提出了一种任意回转流面内的叶型几何生成方法，该方法基于中弧线加厚度分布的方式生成叶型。首先，在流面内生成中弧线，中弧线上的点可

2、以看作由定义的基叠点开始，沿着子午面流线移动一段距离和沿周向回转一定弧长得到的，将中弧线分段，求得一系列回转流面内中弧线上的点；然后，在流面内加上厚度分布，获得叶盆和叶背曲线。基于叶盆、叶背曲线在前、尾缘处关于中弧线对称的假设．给出了一种兼容圆形和椭圆形前、尾缘造型方法，生成前、尾缘后通过调整叶盆、叶背曲线的起点、终点位置和切矢，保证连接处G1连续。使用MFC和NX8．0联合开发的方式，开发出了叶片快速造型系统。实现了回转流面内的叶型几何设计，与锥面内的叶型对比表明该方法生成的叶型更符合气流流动趋势。关键词：任意回转流面；叶型；几何造型；任意中弧线；前缘；尾缘中

3、图分类号：V263．1；TP391．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10-3483—11叶轮机械在重工业体系中占有十分重要的地位，其中燃气轮机已广泛用来作为航空、电站、舰船、导弹、坦克、重载机车等高端领域的核心动力。叶轮机械以连续流动的流体为工质，以叶片为主要工作部件，实现工作元件与工质之间能量转换。由于叶轮机械内部气体流动复杂，叶片三维设计难度大，目前设计中普遍采用的方法是首先设计二维叶型，然后将一系列二维叶型沿展向积叠，完成叶片三维造型，再进行验算。针对二维叶型造型问题，国内外学者进行了大量研究。文献[1]提出了任意中弧线造型方法，实

4、现了自由控制叶型中弧线；文献[2]研究了四次多项式、指数函数和双圆弧超声压气机叶型中弧线生成方法，获得了较为理想的效果；文献[3]在对文献[1]的方法改进的基础上实现了对轴流、斜流和离心压气机的通用造型。除基于中弧线的叶型生成方法外，还有型线直接生成方法，通过一定的约束条件，根据定义的函数形式直接生成叶盆、叶背曲线。中弧线方法能够较好地描述叶型厚度变化，型线直接生成法容易控制叶型参数。文献[4]基于Bezier曲线构造了参数化的叶片模型，进行了多级轴流压气机的优化设计；文献[5]以Bezier描述叶片型线，研究了超声压气机叶型的设计方法；文献[6—8]以NURB

5、S表示叶型的前缘、叶盆和叶背曲线，圆弧曲线表示后缘，分析基础叶片的各方面性能，并对调整叶型参数后的叶片性能预测做了探讨；文献[9]用一条NURBS曲线构造整个叶型，并且可根据任意的基叠规律完成三维叶片造型；文献[10一11]将叶盆、叶背曲线各分为3段，在定义前、尾缘的基础上，采用定制曲率的方式构造叶盆、叶背曲线，进而获得整个叶型；文献[12]提出了一种l4参数的叶收稿日期：2014．10．10；退修日期：2014—10—23；录用日期：2014-12—07；网络出版时间：2014—12—2315：29网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／doi／107

6、527／$1000-689320140336．html基金项目：国家自然科学基金(51075021)*通讯作者Tel．：010-82316747E-mail：ningtao@buaa．eduCt3引用格武iYangJ．NingT，XiPGeome批generatingmethodofbladeprofilesOftarbitraryrotaryflowsurfacesLJj．AclaAeronauticaetAstronauticaSinica。2015．36(10)：3483—3493杨炯．宁涛。雇平．任意函转流面内叶型A伺生成方法[Jj．航空学报．2015。

7、36(10)：3483-3493航空学报Oct．252015VoI．36No10型设计方法，在保证叶型线曲率连续的基础上实现了对喉部宽度、弯折角和最大内切圆的设计。针对叶片三维造型，文献[13]从叶型数据点离散、型线参数域变换以及近似弧长参数化3个方面校正叶片造型扭曲，有效地减小叶片扭曲；文献[14]给出了一种叶型线拟合过程中保证叶型厚度的数据点参数化方法，完成了叶片的高质量造型，该方法适用于截面厚度变化较为均匀的叶片造型。叶片所在的流道是机匣和轮毂之间的回转流道，叶型设计在流面内。由于流道形状复杂，在设计过程中通常将流面简化为平面、圆柱面或者圆锥面[15

8、。当

9、流道扩展或者收缩剧烈的时