变壁厚气冷涡轮叶片结构参数化设计方法

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1、第42卷第1期2016年2月航空发动机AeroengineVel．42No．1Feb．2016变壁厚气冷涡轮叶片结构参数化设计方法钟治魁，郝艳华，黄致建(华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021)摘要：叶片叶身截面内腔型线的光滑过渡是航空发动机变壁厚涡轮叶片结构设计的关键。为解决变壁厚插值在最大壁厚点处出现拐点而导致过渡不光滑的问题，提出变壁厚叶片结构设计方法即变壁厚抛物线插值法。该方法基于管道相交投影线拟合中弧线法，利用壁厚系数及其对应关系控制壁厚，实现变壁厚涡轮叶片结构参数化设计。设计实例结果表明：应用变壁厚抛

2、物线插值法对不同壁厚气冷涡轮叶片进行结构设计，叶身截面内腔型线光滑，在最大壁厚点处不会出现拐点过渡。关键词：变壁厚抛物线插值法；管道相交；气冷涡轮叶片；拐点；内腔型线中图分类号：V232．4文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．01．010ParametricDesignMethodofAir-CooledTurbineBladeStructurewithVariableThicknessZHONGZhi—kuil．HAOYan—hua2,HUANGZhi-jian2(Co

3、llegeofMechanicalEngineeringandAutomation，HuaqiaoUniversity，XiamenFujian361021，China)Abstract：Smoothtransitionofbladebodyinnercavitycurveiscriticaltostructuredesignofaeroengineturbinebladeswithvariablethickness．Inordertosolvetheproblemofappearinginflectionpointin

4、thebiggestwallthicknesscausingthenotsmoothtransitionwithinvariablethicknessinterpolation，designmethod(vafiablethicknessparabolicinterpolationmethod)ofbladesstructurewithvariablethicknesswasputforward．Themethodbasedonthefittingcurvemethodofprojectingcurvesthroughp

5、ipeintersection，utilizingcoefficientofwallthicknessandcorrespondingrelationshipbetweenwallthickness，realizingparametricdesignofturbinebladeswithvariablethickness．Resultsofdesigninstanceshowthatusingvariablethicknessparabolicinterpolationmethodtodesignair——cooledt

6、urbinebladestructurewithvariablethickness，bladebodyinnersectioncurvesissmooththatnotpresentingtransitionofinflectionpointinthepointofthebiggestwallthickness．Keywords：variablethicknessparabolicinterpolationmethod；pipeintersection；air-cooledturbineblade；inflectionp

7、oint；lumenlinesO引言随着对航空发动机性能要求的不断提高，发动机涡轮前温度越来越高，目前的材料已经无法承受燃气高温。在新型材料以及材料耐热性技术未能取得重大突破的情况下，冷却叶片技术成为解决高温问题的主要途径，冷却涡轮叶片结构也随着不同的要求变得越来越复杂嗍。叶片结构参数化设计是涡轮冷却叶片自动化设计分析及优化的前提和基础阳o／。变壁厚气冷叶片结构设计比等壁厚叶片的更具有研究及应用价值。虞跨海等『2]提出3次样条构造插值函数方法，以叶身外型构造函数建立叶型内外截面；宋玉旺等[51提出基于离散数据点变壁厚直线

8、插值方法，进行叶片变壁厚结构设计。在应用变壁厚线性插值方法进行叶片变壁厚设计时，在叶型最大壁厚点处会出现拐点，即局部呈凹凸状，本文基于叶型离散数据点，提出1种变壁厚抛物线插值法，实现变壁厚气冷涡轮叶片参数化设计。1叶片截面线涡轮叶片叶型截面线和中弧线111。121如图1所示。其中叶型由关键点(A、B、C、D)分为4段