[发明专利]一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法

摘要

本发明公开一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法，在UG中导入叶片模型；首先，根据叶片模型，创建覆盖叶片的初步流体计算区域，然后创建叶片中弧面片体，并沿片体四条边，按照自然曲率方式进行延伸，且保证片体能穿透初步流体计算区域，旋转延伸片体得到叶片流体计算区域前、后边界面，按照指定高度，创建叶片流体计算区域上、下边界面；再根据上下及前后边界面修剪初步得到的流体计算区域，分别拉伸修减后的实体对应叶片前、尾缘面的轮廓，得到流体进出口区域；将创建的流体计算区域与叶片实体进行布尔减，抽取叶片实体的内型和外型面，根据内外型面分割布尔减得到的实体，得到具有燃气域和冷气域的气热耦合计算域几何模型。

主权项

1.一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法，其特征在于：基于UG环境，通过下述步骤实现：步骤1：在UG中导入涡轮叶片实体文件；在UG中建模模块，导入存在的涡轮叶片实体文件；使UG绝对坐标系O(x，y，z)中原点O位于涡轮发动机的轴线上，Z轴正向位于叶高方向，X轴正向为沿发动机中心线从前向后方向，Y轴正向按右手直角坐标系确定；步骤2：在基准面YOZ内部创建草图，并在草图内创建一个同时包含定形参数和定位参数的矩形，其中，定形参数为矩形的长度l1与宽度w1，且矩形大于叶片在YOZ内的最小包围矩形，定位参数为矩形中心线与Z轴重合，底边距X轴距离为d1，d1小于叶片最小包围盒Z值；创建完矩形草图后，UG自动生成矩形长度l1的表达式P1、宽度w1的表达式P2以及底边距X轴距离为d1的表达式P3；将上述创建的草图为拉伸轮廓，拉伸方向为X轴方向，拉伸沿拉伸方向起始位置为‑d2，结束位置为d2，要求d2大于叶片截面线最长弦长的一半，生成能够覆盖涡轮叶片初步流体计算区域；步骤3：通过叶片叶顶中弧线和叶根中弧线创建中弧面片体，将得到的中弧面片体沿其四条边按照自然曲率的延伸方法延伸一定距离并保证片体能够穿透步骤2创建的初步流体计算区域，即延伸片体；步骤4：以原点O为旋转中心，X轴为旋转轴，旋转角度为α1，旋转步骤3创建的延伸片体，以同样的方式旋转角度‑α1，旋转角度与涡轮的叶片数相关，并创建角度α1表达式P4，分别得到涡轮叶片流体计算区域前后边界面；步骤5：在基准面XOZ平面内创建草图，并在草图内创建一个同时包含定形参数和定位参数的直线段，其中定形参数为直线段长度l2，l2＞l1，定位参数为直线段中点与Z轴重合，距X轴距离为d2；创建完草图后UG自动生成直线段长度l2的表达式P5和距X轴距离为d2的表达式P6；以原点O为旋转中心，X轴为旋转轴，旋转已经创建草图，旋转开始角度为‑α2，旋转结束角度为α2，生成涡轮叶片流体计算区域上边界面，以同样的方式创建草图并旋转，生成涡轮叶片流体计算区域的下边界面，其中草图的参数设定为:草图基准面为XOZ平面，草图内创建一个同时包含定形参数和定位参数的直线段，定形参数为直线段长度l2，l2＞l1，定位参数为直线段中点与Z轴重合，距X轴距离为d3及其表达式P7，同时生成旋转角度α2表达式P8；步骤6：根据步骤4和步骤5创建的涡轮叶片流体计算区域边界面对步骤2创建的涡轮叶片初步流体计算区域进行修剪；区域边界包括前、后、上、下边界面；步骤7：采用拉伸的方法，根据涡轮叶片前缘正对步骤6修剪后的实体的面的轮廓作为拉伸曲线，以与X轴方向逆时针夹角α₃构建的方向向量为拉伸方向，拉伸长度为l₃，创建夹角α₃的表达式P₉以及拉伸长度为l₃的表达式P₁₀，得到涡轮叶片进气流体区域；以同样的方式，对涡轮叶片尾缘正对步骤6修剪后的实体的面的轮廓作为拉伸曲线，以与X轴方向逆时针夹角α₄构建的方向向量为拉伸方向，拉伸长度为l₄，创建夹角α₄的表达式P₁₁以及拉伸长度为l₄的表达式P₁₂，得到涡轮叶片出气流体区域；步骤8：将步骤7得到的涡轮叶片进气流体区域和出气流体区域几何模型与步骤1导入的涡轮叶片实体进行布尔减操作，得到涡轮叶片气热耦合流体计算域几何模型；步骤9：抽取涡轮叶片实体外型面和内型面，将抽取的面对涡轮叶片气热耦合流体计算域几何模型的燃气域和冷气域进行分割，得到符合要求的涡轮叶片气热耦合流体计算域几何模型。