[发明专利]一种涡轮叶片伸根段内型参数化建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮叶片内型设计技术领域，具体为一种涡轮叶片伸根段内型参数化建模方法。

背景技术

航空发动机叶片是航空发动机的关键部件，具有结构复杂、品种多、数量大、对发动机性能影响大、设计制造周期长等特点。航空发动机叶片中以带气冷结构的涡轮叶片最为复杂，它除了带有复杂的内腔结构外，在叶身和榫头之间还有一段具有复杂形状的伸根段(中间叶根)结构。伸根段结构在设计中要综合考虑内腔气流量、强度、涡轮盘和榫头结构以及叶片重量等要素，是一个非常复杂繁琐的设计过程。

国内相关人员针对航空发动机叶片造型方法进行了广泛而深入研究，并且初步实现了涡轮叶片参数化建模设计方法。但是针对叶片伸根段的建模研究较少，尤其鲜有对自由形状伸根的研究。自由形状的伸根可以使叶片在保证强度的情况下尽可能的轻，有效的保证叶片重量与强度之间的协调性。在叶片结构中，复杂的内腔结构需反阴为阳地体现在叶片内型上，所以针对伸根段的设计，一般先设计内型形状，然后再给出插值壁厚生成外型。要得到高质量的伸根段结构，就必须采用先进的伸根段内型建模设计方法。

现有伸根段设计方法主要是针对特定型号设计，伸根内型通过叶身内型上的某截面线以及榫头内型的顶截面线这两段封闭曲线直接插值生成封闭的曲面，由于叶身内型与榫头内型形状特征差别较大，这样的做法导致了伸根内型出现了明显的“脊”或“凹痕”，不具备良好的光顺性。并且其通用性不高，不能有效的解决伸根参数化设计问题。现有的CAD软件具有支持自由形状特征建模的功能，但是对于伸根段建模没有直接的特征方法。为此需要提出一种涡轮叶片伸根段内型参数化设计方法，以解决自由形状伸根参数化的问题，提高叶片伸根段的设计效率及其光顺性，并且具有较高的通用性。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术中涡轮叶片伸根段建模方法的不足，本发明提出了一种涡轮叶片伸根段内型参数化建模方法。

技术方案

本发明通过对多个自由曲面特征的分段构造以及对这些曲面的连续性限制，生成叶片伸根段内型，并通过特征参数的更改实现伸根内型参数化建模设计。

本发明的技术方案为：

所述一种涡轮叶片伸根段内型参数化建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：向三维造型软件中导入涡轮叶片的叶身内型数据模型和榫头内型数据模型，其中叶身内型数据模型和榫头内型数据模型采用U、V双参数表示；

叶身内型数据模型中的叶身内型截面线分为四段，分别为叶盆曲线、叶背曲线、前缘曲线和后缘曲线；与所述叶盆曲线、叶背曲线、前缘曲线和后缘曲线位置对应，叶身内型数据模型中的叶身内型曲面分为叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面；

与所述叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面位置对应，榫头内型数据模型中的榫头内型曲面分为榫头内型叶盆曲面、榫头内型叶背曲面、榫头内型前缘曲面及榫头内型后缘曲面；

步骤2：比例分划叶身内型曲面的前缘曲面和后缘曲面：

将叶身内型曲面的前缘曲面按时针方向划分为三个曲面，分别为叶身前缘左曲面、叶身前缘中间曲面和叶身前缘右曲面，划分方法为：在叶身内型曲面U方向上保持参数恒定，在V方向上参数按百分比划分，其中叶身前缘左曲面和叶身前缘右曲面所占的百分比相同；

将叶身内型曲面的后缘曲面按照与叶身内型曲面的前缘曲面相同的划分方法，以及相同的时针方向划分为三个曲面，分别为叶身后缘左曲面，叶身后缘中间曲面，叶身后缘右曲面，其中叶身后缘左曲面和叶身后缘右曲面所占的百分比相同；

步骤3：划分榫头内型前缘曲面和榫头内型后缘曲面：

当榫头内型曲面采用样条连接方式时，按照叶身内型曲面的前缘曲面的划分时针方向将榫头内型前缘曲面包含的两个导圆面定义为榫头前缘左曲面和榫头前缘右曲面，将榫头内型前缘曲面包含的中间竖直平面定义为榫头前缘中间曲面；按照叶身内型曲面的后缘曲面的划分时针方向将榫头内型后缘曲面包含的两个导圆面定义为榫头后缘左曲面和榫头后缘右曲面，将榫头内型后缘曲面包含的中间竖直平面定义为榫头后缘中间曲面；

当榫头内型曲面采用圆弧连接方式时，将榫头内型前缘曲面按照与叶身内型曲面的前缘曲面相同的划分方法，以及相同的时针方向和相同的划分比例划分为三个曲面，分别为榫头前缘左曲面、榫头前缘中间曲面和榫头前缘右曲面；将榫头内型后缘曲面按照与叶身内型曲面的后缘曲面相同的划分方法，以及相同的时针方向和相同的划分比例划分为三个曲面，分别为榫头后缘左曲面、榫头后缘中间曲面和榫头后缘右曲面；