[发明专利]涡轮冷却叶片叶身气膜孔与尾缘偏劈缝的参数化建模方法

说明书

本发明涉及涡轮冷却叶片叶身气膜孔与尾缘偏劈缝的参数化建模方法，该方法包括：基于CAESES软件生成基准气膜孔孔柱的轴线，并利用基准气膜孔孔柱的轴线生成涡轮冷却叶片叶身上的气膜孔；基于CAESES软件创建基准偏劈缝板柱的八个顶点，并利用基准偏劈缝板柱的八个顶点生成涡轮冷却叶片的尾缘偏劈缝；将叶身气膜孔的生成过程和尾缘偏劈缝的生成过程，分别封装成第一特征程序和第二特征程序；分别设置第一特征程序和第二特征程序的输入参数，以通过输入第一特征程序和第二特征程序的输入参数，自动生成涡轮冷却叶片的叶身气膜孔和尾缘偏劈缝。本申请提供的技术方案，实现了涡轮冷却叶片叶身气膜孔与尾缘偏劈缝参数化建模的自动化。

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及涡轮冷却叶片叶身气膜孔与尾缘偏劈缝的参数化建模方法。

背景技术

航空发动机涡轮是旋转的热端部件，承受高温、高压、高转速，这决定了涡轮的设计和研制中会涉及到气动热力学、传热学、气动声学、结构力学、强度理论以及材料工艺等众多学科。一般的涡轮设计可以分成气动设计、冷却设计、结构设计和强度校核等部分，而单独的气动设计或者结构设计已经接近优化的最佳值。随着发动机功重比的提高，涡轮部件的气动设计、冷却设计、结构设计以及它们之间的相互影响需要精细考虑。因此冷却涡轮的设计必须是考虑多学科的耦合设计，而基于气-固-热多物理场耦合仿真的多学科设计优化是实现冷却涡轮多学科耦合设计的主要手段。

冷却涡轮的多学科设计优化方法通常有两种：手动方法与自动方法。手动方法是对包括叶身气膜孔与尾缘偏劈缝等冷却结构在内的冷却涡轮的几何结构进行人工手动调整的方法，这种优化方法需要不断地对冷却涡轮几何结构进行人工调整，优化的效率较低，且通常难以达到最优解。自动方法是采用遗传算法等优化目标驱动算法结合CAE手段对冷却涡轮的几何结构进行自动寻优，这种方法优化效率高，而且通常能达到最优解。而要实现冷却涡轮几何结构的自动优化，则需要对其进行参数化建模。

目前包括叶身气膜孔与尾缘偏劈缝在内的涡轮冷却叶片的参数化建模主要基于UG、CATIA、SolidWorks等商用三维CAD软件实现。由于这些软件的自身的参数化建模能力有限，因此冷却叶片的参数化建模主要依赖于这些软件的二次开发功能。而要实现这些软件的二次开发，除需要掌握C/C++等编程语言外，还需要掌握这些软件的大量API函数，因此实现的难度较大。另外，为了对复杂的涡轮冷却叶片几何结构进行参数化建模，需要编写大量的代码，因此开发的效率也较低。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供涡轮冷却叶片叶身气膜孔与尾缘偏劈缝的参数化建模方法。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种涡轮冷却叶片叶身气膜孔与尾缘偏劈缝的参数化建模方法，所述方法包括：

步骤1：基于CAESES软件生成基准气膜孔孔柱的轴线，并利用所述基准气膜孔孔柱的轴线生成涡轮冷却叶片叶身上的气膜孔；

步骤2：基于CAESES软件创建基准偏劈缝板柱的八个顶点，并利用所述基准偏劈缝板柱的八个顶点生成涡轮冷却叶片的尾缘偏劈缝；

步骤3：将所述叶身气膜孔的生成过程和所述尾缘偏劈缝的生成过程，分别封装成第一特征程序和第二特征程序；

步骤4：分别设置所述第一特征程序和所述第二特征程序的输入参数，以通过输入所述第一特征程序和所述第二特征程序的输入参数，自动生成涡轮冷却叶片的叶身气膜孔和尾缘偏劈缝。

优选的，所述步骤1，包括：

步骤11：基于CAESES软件，在坐标系中，利用第一坐标点和第二坐标点生成基准气膜孔孔柱的轴线；

步骤12：利用所述基准气膜孔孔柱的轴线，生成基准气膜孔孔柱；

步骤13：利用所述基准气膜孔孔柱，生成气膜孔柱阵列；