一種渦輪氣冷葉片葉身內(nèi)型精確壁厚控制建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪氣冷葉片葉身內(nèi)型設(shè)計領(lǐng)域，具體為一種渦輪氣冷葉片葉身內(nèi)型精確壁厚控制建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機渦輪氣冷葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為滿足冷卻、減重、強度性能要求，葉片一般做成較薄的空心結(jié)構(gòu)。葉身段由外型、內(nèi)型組成，內(nèi)型采用與外型自由曲面配合的形式生成且受壁厚控制。由于某些葉片葉身沿尾緣方向較長，壁厚控制困難、尾緣調(diào)整繁瑣且精度較低，現(xiàn)有設(shè)計方法已滿足不了要求，因此需要尋找一種快速、精確的葉身內(nèi)型型面建模方法。
[0003]國內(nèi)已有的渦輪葉片設(shè)計方法，一般采用6控制點變壁厚方法，通過每條葉身外型截面線的6個關(guān)鍵位置給定設(shè)計壁厚，控制葉身內(nèi)型。其中，葉身外型頂截面線的前緣、尾緣與葉盆曲線分界點、葉盆最大內(nèi)切圓切點作為葉盆的3個壁厚控制點，通過插值或者偏置構(gòu)造葉身內(nèi)型葉盆曲線；同樣的方式利用葉背上的3個控制點可得到內(nèi)型葉背曲線。然后對內(nèi)型葉盆、葉背曲線兩端倒圓，獲得前緣、尾緣曲線，由此得到一條完整的滿足Gl連續(xù)條件的光滑葉身內(nèi)型截面線。為了得到N條截面線，采用類似的方法構(gòu)造底截面曲線，在頂截面和底截面之間，進(jìn)行插值計算得到N條內(nèi)型截面線，最終利用這些截面曲線生成葉身內(nèi)型實體。這種方法的不足是:
[0004](I)對于沿尾緣方向較長的葉片，控制點較少，厚度控制效果不佳，人工調(diào)整很麻煩；(2)尾緣采用倒圓的方式創(chuàng)建，倒圓前和倒圓后葉盆、葉背曲線尾緣端點位置會發(fā)生變動，導(dǎo)致實際壁厚與設(shè)計壁厚不一致，需要反復(fù)調(diào)整，設(shè)計效率低下。
[0005]為增加調(diào)整壁厚的靈活性，控制點可增加至8個，但是新增的2個壁厚值給的不合適又會造成曲線厚度不均勻，且尾緣厚度仍能難以精確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有葉片葉身段內(nèi)型壁厚控制不足、尾緣曲線無法精確定位問題，本發(fā)明提出了一種渦輪氣冷葉片葉身內(nèi)型精確壁厚控制建模方法，該方法在構(gòu)造葉身內(nèi)型曲線時，利用頂截面、底截面各8個壁厚控制點對葉身厚度進(jìn)行控制，首先快速精確定位葉身尾緣曲線，然后自動調(diào)整壁厚控制點位置，插值生成葉盆、葉背曲線，最后創(chuàng)建前緣曲線。該方法適用于多種三維CAD平臺，從而有效彌補了現(xiàn)有方法的不足。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]所述一種渦輪氣冷葉片葉身內(nèi)型精確壁厚控制建模方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0009]步驟1:獲取葉身外型模型的M條截面線；
[0010]步驟2:根據(jù)以下步驟，分別獲得葉身外型頂截面線對應(yīng)的葉身內(nèi)型頂截面線和葉身外型根截面線對應(yīng)的葉身內(nèi)型根截面線:
[0011]步驟2.1:將進(jìn)入本步驟的葉身外型截面線劃分為外型葉盆曲線a、外型葉背曲線b、外型前緣曲線和外型尾緣曲線；
[0012]步驟2.2:以葉身內(nèi)型設(shè)計模型中內(nèi)型葉背曲線與內(nèi)型尾緣曲線交點處的壁厚Du為偏置距離，將外型葉背曲線向葉身實體內(nèi)側(cè)偏置，得到偏置曲線b';以葉身內(nèi)型設(shè)計模型中內(nèi)型葉盆曲線與內(nèi)型尾緣曲線交點處的壁厚Dp為偏置距離，將外型葉盆曲線向葉身實體內(nèi)側(cè)偏置，得到偏置曲線a';并將偏置曲線a'、b'的尾緣側(cè)倒圓，得到內(nèi)型尾緣曲線；
[0013]步驟2.3:以內(nèi)型尾緣曲線靠近曲線a的一側(cè)端點為起點，沿內(nèi)型尾緣曲線半徑方向向外作直線交曲線a于點Hs;以內(nèi)型尾緣曲線靠近曲線b的一側(cè)端點為起點，沿內(nèi)型尾緣曲線半徑方向向外作直線交曲線b于點Hu ;取點Hs、Hu、Ps、Pu、Qs、Qu、Rs、Ru共8個點為壁厚控制點，其中Ps為葉身外型葉盆葉背曲線最大內(nèi)切圓與外型葉盆曲線a的切點，Pu為葉身外型葉盆葉背曲線最大內(nèi)切圓與外型葉背曲線b的切點，Qs為外型葉盆曲線a上處于Hs與Ps之間的任一點，Qu為外型葉背曲線b上處于Hu與Pu之間的任一點，Rs為外型葉盆曲線a與外型前緣曲線的交點，Ru為外型葉背曲線b與外型前緣曲線的交點；
[0014]步驟2.4:根據(jù)外型葉盆曲線a上的四個壁厚控制點Hs、Ps、Qs、Rs對外型葉盆曲線a進(jìn)行離散插值，得到外型葉盆曲線的基本型值點Si，i = 1,2, 3，4..n，并依據(jù)四個壁厚控制點Hs、Ps, Qs, Rs處的設(shè)計壁厚插值得到外型葉盆曲線a上所有基本型值點的設(shè)計壁厚；根據(jù)外型葉背曲線b上的四個壁厚控制點HU、PU、QU、RU對外型葉背曲線b進(jìn)行離散插值，得到外型葉背曲線的基本型值點Uj, j = I, 2，3，4..n，并依據(jù)四個壁厚控制點Hu、Pu、Qu, Ru處的設(shè)計壁厚插值得到外型葉背曲線b上所有基本型值點的設(shè)計壁厚；
[0015]步驟2.5:將外型葉盆曲線的基本型值點Si，i = 1，2，3，4..n，沿外型葉盆曲線法線方向向內(nèi)偏置對應(yīng)壁厚距離，得到內(nèi)型葉盆曲線的基本型值點S’ i，i = I, 2, 3,4..η;將外型葉背曲線的基本型值點Uj，j = 1，2，3，4..n，沿外型葉背曲線法線方向向內(nèi)偏置對應(yīng)壁厚距離，得到內(nèi)型葉背曲線的基本型值點U’ j，j = 1，2，3，4..η;
[0016]步驟2.6:在內(nèi)型葉盆曲線的基本型值點S’ i中，i = 1，2，3，4..n，去除壁厚控制點Ps對應(yīng)的內(nèi)型葉盆曲線基本型值點的前、后各一個內(nèi)型葉盆曲線基本型值點，并用內(nèi)型尾緣曲線靠近曲線a的一側(cè)端點代替壁厚控制點Hs對應(yīng)的內(nèi)型葉盆曲線基本型值點；在內(nèi)型葉背曲線的基本型值點U’ j中，j = 1,2, 3，4..n，去除壁厚控制點Pu對應(yīng)的內(nèi)型葉背曲線基本型值點的前、后各一個內(nèi)型葉背曲線基本型值點，并用內(nèi)型尾緣曲線靠近曲線b的一側(cè)端點代替壁厚控制點Hu對應(yīng)的內(nèi)型葉背曲線基本型值點；
[0017]步驟2.7:擬合經(jīng)過步驟2.6處理后的內(nèi)型葉盆曲線基本型值點和內(nèi)型葉背曲線基本型值點，得到內(nèi)型葉盆曲線和內(nèi)型葉背曲線，其中內(nèi)型葉盆曲線與內(nèi)型尾緣曲線Gl連續(xù)，內(nèi)型葉背曲線與內(nèi)型尾緣曲線Gl連續(xù)；將內(nèi)型葉盆曲線和內(nèi)型葉背曲線的前緣側(cè)倒圓，得到內(nèi)型前緣曲線；內(nèi)型前緣曲線、內(nèi)型葉盆曲線、內(nèi)型葉背曲線和內(nèi)型尾緣曲線組成葉身內(nèi)型截面線；
[0018]步驟3:根據(jù)以下步驟，分別獲得葉身外型頂截面線和葉身外型根截面線之間的其余M-2個葉身外型截面線對應(yīng)的葉身內(nèi)型截面線:
[0019]步驟3.1:將進(jìn)入本步驟的葉身外型截面線劃分為外型葉盆曲線A、外型葉背曲線B、外型前緣曲線和外型尾緣曲線；
[0020]步驟3.2:以內(nèi)型葉背曲線與內(nèi)型尾緣曲線交點處的壁厚DU為偏置距離，將外型葉背曲線向葉身實體內(nèi)側(cè)偏置，得到偏置曲線B'，其中DU由葉身內(nèi)型頂截面線對應(yīng)的壁厚Dua和葉身內(nèi)型根截面線對應(yīng)的壁厚Dus沿葉身截面高度線性插值得到；以內(nèi)型葉盆曲線與內(nèi)型尾緣曲線交點處的壁厚DP為偏置距離，將外型葉盆曲線向葉身實體內(nèi)側(cè)偏置，得到偏置曲線Y，其中DP由葉身內(nèi)型頂截面線對應(yīng)的壁厚Dpa和葉身內(nèi)型根截面線對應(yīng)的壁厚Dps沿葉身截面高度線性插值得到；并將偏置曲線A'、B'的尾緣側(cè)倒圓，得到內(nèi)型尾緣曲線；
[0021]步驟3.3:以內(nèi)型尾緣曲線靠近曲線A的一側(cè)端點為起點，沿內(nèi)型尾緣曲線半徑方向向外作直線交曲線A于點HS ;以內(nèi)型尾緣曲線靠近曲線B的一側(cè)端點為起點，沿內(nèi)型尾緣曲線半徑方向向外作直線交曲線B于點HU ;取點HS、HU、PS、PU、QS、QU、RS、RU共8個點為壁厚控制點，其中PS為葉身外型葉盆葉背曲線最大內(nèi)切圓與外型葉盆曲線A的切點，PU為葉身外型葉盆葉背曲線最大內(nèi)切圓與外型葉背曲線B的切點，RS為外型葉盆曲線A與外型前緣曲線的交點，RU為外型葉背曲線B與外型前緣曲線的交點；QS為外型葉盆曲線A上處于HS與PS之間的點，其中QS與RS之間的葉盆弧長由葉身外型頂截面線對應(yīng)的葉盆段弧長和葉身外型根截面線對應(yīng)的葉盆段弧長沿葉身截面高度線性插值得到，所述葉身外型頂截面線對應(yīng)的葉盆段弧長為葉身外型頂截面線上壁厚控制點Qs?與Rs?之間的葉盆弧長，所述葉身外型根截面線對應(yīng)的葉盆段弧長為葉身外型根截面線上壁厚控制點Qse與Rse2間的葉盆弧長；QU為外型葉背曲線B上處于HU與PU之間的點，其中QU與RU之間的葉背弧長由葉身外型頂截面線對應(yīng)的葉背段弧長和葉身外型根截面線對應(yīng)的葉背段弧長沿葉身截面高度線性插值得到，所述葉身外型頂截面線對應(yīng)的葉背段弧長為葉身外型頂截面線上壁厚控制點91%與間的葉背弧長，所述葉身外型根截面線對應(yīng)的葉背段弧長為葉身外型根截面線上壁厚控制點91%與仙《之間的葉背弧長；
[0022]步驟3.4:根據(jù)外型葉盆曲線A上的四個壁厚控制點HS、PS、QS、RS對外型葉盆曲線A進(jìn)行離散插值，得到外型葉盆曲線的基本型值點SI，I = 1,2, 3，4..n，并依據(jù)四個壁厚控制點HS、PS、QS、RS處的設(shè)計壁厚插值得到外型葉盆曲線A上所有基本型值點的設(shè)計壁厚，其中HS處的設(shè)計壁厚為DP ；PS處的設(shè)計壁厚由葉身外型頂截面線對應(yīng)的壁厚控制點Psa的設(shè)計壁厚和葉身外型根截面線對應(yīng)的壁厚控制點Pse的設(shè)計壁厚沿葉身截面高度線性插值得到；QS處的設(shè)計壁厚由葉身外型頂