[发明专利]利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法及发动机

权利要求书

1.一种利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)进行空心叶片的气动设计，获得空心叶片的叶面造型；

2)对步骤1）得到的空心叶片的叶面造型生成实体叶片模型，并进行离心力仿真模拟实验，根据实体叶片模型的仿真结果，在实体叶片模型内部不同位置用不同参数的球形单元来代替实体结构得到球形网状空心叶片；

3)对步骤2）得到的球形网状空心叶片建立有限元模型，对其进行仿真计算得到仿真结果；

4)基于步骤3）的仿真结果，优化球形网状空心叶片的球形网状结构；

5)对步骤4）得到的优化后的球形网状空心叶片重复步骤3）的仿真计算，如果不满足性能要求，则返回步骤4）重新调整球形网状结构，如果满足性能要求，则进行下一步骤；

6)通过增材制造的方法，制造优化后的球形网状空心叶片；

其中，

在步骤4)中，通过增添或者删减球形单元的个数，调整每个球形单元的参数，调整多个球形单元之间的接触关系，从而优化球形网状结构；

步骤4)中的球形单元包括球、球壳、含有孔洞的球、含孔洞的球壳、球的拓扑结构中的任意一种或其任意组合；

步骤4)中的所述球形单元的参数包括球形单元的内径、外径、位置坐标、材质、密度、球壳表面是否有孔洞、球壳的拓扑结构；

步骤4)中的所述多个球形单元之间的接触关系包括相交、相切、相离，如果多个球形单元之间为相交关系，相交的部分为全部删除或者全部保留或者部分保留。

2.根据权利要求1所述的利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法，其特征在于：还包括以下步骤：

7)根据设计需求，对步骤6）增材制造所得的球形网状空心叶片进行热处理和表面加工；

8)利用实验的方法，对完成热处理和表面加工的球形网状空心叶片进行测试，如不满足要求，回到步骤1），如果满足要求，则设计完成。

3.根据权利要求1所述的利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法，其特征在于：在步骤3)中，对步骤2）得到的球形网状空心叶片建立有限元模型，对其进行强度、振动、传热、疲劳寿命的性能仿真计算。

4.根据权利要求1所述的利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法，其特征在于：步骤3)中所述的建立球形网状空心叶片的有限元模型，包括使用超单元技术简化球形单元，建立球形单元数据库，形成标准的基本超单元，通过超单元之间的关系简化建模过程，降低模型的自由度总数，缩短计算所需时间。

5.根据权利要求1所述的利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法，其特征在于：球形网状结构延伸至球形网状空心叶片的表面，使球形网状空心叶片由球形网状结构单独构成。

6.一种发动机，其特征在于：包括采用权利要求1至5中任一项所述的利用球形网状结构填充的空心叶片的设计方法设计而成的球形网状空心叶片。