[发明专利]一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计方法

权利要求书

1.一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述叶片由具有不同弦长的叶片型线沿展向堆叠形成，构成的叶片尾缘为锯齿结构，保证各个展向位置的锯齿尾缘叶片的平均弦长和基准叶片的弦长一致；

所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法，具体步骤如下：

步骤一：基于基准叶片，通过选定m个展向位置的叶型坐标数据得到压力面坐标数据和吸力面坐标数据，进而得到中弧线坐标数据；

步骤二：基于步骤一获得的叶型压力面坐标数据、吸力面坐标数据和中弧线坐标数据，在所有压力面、吸力面和中弧线上分别取M个坐标点；

步骤三：求解压力面/吸力面上每个点坐标与对应位置的中弧线上的点坐标之间的距离，即压力面/吸力面厚度D，公式如下：

其中，j表示第j个坐标点，j＝1为尾缘点；p_i,j表示压力面/吸力面第j个坐标在笛卡尔坐标系中各个方向的分量；q_i,j表示中弧线第j个坐标在笛卡尔坐标系中各个方向的分量；i表示空间坐标x，y，z三个方向；

步骤四：求解压力面/吸力面上每个点坐标与对应位置的中弧线上的点坐标之间的斜率，即压力面/吸力面斜率K，公式如下：

其中，j表示第j个坐标点；j＝1为尾缘点；p_x,j和p_y,j分别表示压力面/吸力面第j个坐标在x方向和y方向的大小；q_x,j和q_y,j分别表示中弧线上第j个坐标在x方向和y方向的大小；

步骤五：求解中弧线上相邻两点之间的距离d，公式如下：

步骤六：根据步骤一中的叶型数据确定差值系数t，得到更多叶型数据，插值系数定义如下：

其中，Span表示叶型所在展向高度；R_ii表示第ii个初始叶型的展向高度；

步骤七：确定锯齿的波谷位置和波峰位置；

首先，将叶型上中弧线的点坐标拟合为多项式函数F(x,y,z)；然后，设定锯齿幅值A，以中弧线第一个点坐标即尾缘点坐标为圆心，A为半径确定一个圆；最后，求解该圆与多项式函数F(x,y,z)的交点，当交点本身位于初始中弧线上时，为锯齿的波谷位置，另一个交点为波峰位置；

步骤八：基于步骤七得到的锯齿波谷和波峰位置，通过锯齿尾缘叶片各个叶型的中弧线相邻点的距离d_new和多项式函数F(x,y,z)求解锯齿尾缘叶型中弧线的坐标数据；

步骤九：根据步骤八得到的锯齿尾缘叶型中弧线的坐标数据，及压力面/吸力面厚度和压力面/吸力面斜率，求出变换后的叶型的压力面坐标和吸力面坐标；

步骤十：将步骤九得到的压力面坐标和吸力面坐标组合，即得到单个锯齿尾缘叶型的坐标数据，将各个展向叶型在展向堆叠即得到整个全三维锯齿尾缘叶片的坐标数据。

2.根据权利要求1所述一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述步骤一中，根据实际叶片几何需要，选择m个不同展向位置的叶型坐标数据，并将其分为压力面坐标数据和吸力面坐标数据；基于压力面/吸力面坐标数据，得到各个叶型的中弧线坐标，然后对该中弧线坐标定义求解，得到中弧线坐标数据。

3.根据权利要求1所述一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述步骤二中，基于步骤一的坐标数据，通过ICEM CFD工具重新生成不同展向位置的压力面、吸力面和中弧线数据，并以尾缘-前缘方向保存数据。

4.根据权利要求1所述一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述步骤八中，锯齿尾缘叶片和基准叶片的d的取值满足以下关系式：

其中，d_new表示锯齿尾缘叶片各个叶型的中弧线相邻点的距离；d_old表示基准叶片各个叶型的中弧线相邻点的距离；C(r)表示锯齿尾缘叶片各个叶型的中弧线长度；C表示基准叶片各个叶型的中弧线长度；

不同展向位置的叶型中弧线长度满足以下关系式：

或

5.根据权利要求4所述一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述步骤八中，

6.根据权利要求1所述一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述步骤九中，锯齿尾缘叶片和基准叶片的压力面/吸力面厚度、及压力面/吸力面斜率保持一致。