[发明专利]一种涡轮叶片型面参数法向梳状显示及交互式应用方法

说明书

本申请属于涡轮叶片设计领域，为一种涡轮叶片型面参数法向梳状显示方法，通过先读入叶片离散点形成叶型，而后通过对离散点顺序判断、叶背侧和叶盆侧的位置判断和外法向方向判断，依次将当地的法向量与型面参数进行对应关联，而后计算各离散点处的法向模长和模长端点坐标，通过绘制显示，形成梳状显示视图。通过梳状显示视图，能够实现将型面图形与参数变量的一体化显示，可以直观具体的显示变量与型面之间的相互关系，能够将型面的外换热系数、静压分布在建模平台中的集成显示，在叶片冷却设计时，能够根据换热系数沿叶型的具体分布情况，合理的布置叶片的气膜孔及内部冷却结构。

技术领域

本申请属于涡轮叶片设计领域，特别涉及一种涡轮叶片型面参数法向梳状显示及交互式应用方法。

背景技术

涡轮冷却叶片的表面换热系数、压力分布等是冷却结构设计的重要依据，因此如何准确地捕捉到换热系数沿叶型的分布至关重要，以图11所示的叶片型面为例，图12给出了外换热系数随压力面、吸力面相对弧长的参数变化，这是目前主要的绘图显示技术方法，这种显示方法能够较好的反映变量参数沿相对弧长的分布趋势，但是由于叶片表面是曲面，不同的位置曲率相差很大，各位置的相对弧长与当地的坐标并不是成线性等距的关系，因此这种显示方法很难从图形上直观的了解各参数变量沿型面具体位置的详细情况。

因此，如何更直观的显示出叶片型面参数随当地位置的变化情况，从而更加方便地进行后续冷却结构的设计是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡轮叶片型面参数法向梳状显示及交互式应用方法，以解决现有技术中由于航空发动机叶片不同位置的曲率相差很大，各位置的相对弧长与当地的坐标并不是成线性等距关系，导致难以直观地从图像上了解各参数变量沿型面具体位置的详细情况的问题。

本申请的技术方案是：一种涡轮叶片型面参数法向梳状显示方法，包括：选取并读入叶型离散点，离散点采用三次样条方式拟合成叶型型面，判断离散点顺序；确定型面各局部位置外法线方向；读入型面参数，计算型面各坐标点及插值点外法向，计算型面参数沿型面法向模长及模长端点坐标，根据型面坐标与变量模长的尺度关系，将变量的模长进行等比例线形缩放；将得到的型面参数沿型面法向模长及模长端点坐标通过编程或绘图软件进行绘制显示，形成梳状显示视图。

优选地，所述型面局部位置外法线方向的确定方法为：在每个离散点位置建立局部平面坐标系XOY，X轴代表当地切线的方向，Y轴代表当地法向方向；设A为型面上任意一点，其法向量为设离散点为顺时针排序，B点为下游的相邻数据点，进行向量的叉乘的正负判断向量的指向，若为负值，则此时法向量指向型面的外侧。

优选地，所述型面局部位置外法线方向的确定方法为：在每个离散点位置建立局部平面坐标系XOY，X轴代表当地切线的方向，Y轴代表当地法向方向；设A为型面上任意一点，其法向量为设离散点为逆时针排序，B点为下游的相邻数据点，而后选取拟合后AB曲线间的第一插值点AB1，进行向量的叉乘若为正值，则此时法向量指向型面的外侧。

优选地，在进行外法线方向判断之前，先通过对离散点的法向量和相邻点向量的叉乘来判断叶背侧和叶盆侧的上下位置，若叉乘结果先增大后减小，则叶背侧在上；若叉乘结果先减小后增大，则叶盆侧在上。

优选地，所述离散点参数采用累积弦长方法形成叶片型面。

优选地，所述离散点顺序的判断方法为：先将离散点按照距离大小进行排序，获取任意一个离散点，而后找到相邻的离散点，进行叉乘判断，判断叉乘的正负值，若为正值，则说明离散点为顺时针排序；若为负值，则说明离散点为逆时针排序。

优选地，在绘制显示之后，将对任意相邻两离散点处的模长端点进行直线连线。

作为一种具体实施方式，一种涡轮叶片型面参数交互式应用方法，获取上述所述的梳状显示数据，将参数模长及坐标点读入CAD建模平台，将模长及坐标点与CAD建模平面中的叶片实体型面的各坐标点一一对应设置，将至少一种型面参数在叶片实体型面中进行梳状显示。