專利名稱：一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪葉片設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種渦輪葉片隔肋(又稱隔墻)參數(shù)化造型方法，可適用于直型隔肋與彎扭型隔肋的造型。
背景技術(shù)：
渦輪發(fā)動機廣泛應(yīng)用于航空、輪船以及大型工程車輛，渦輪前溫度的提升是提高發(fā)動機推力的重要措施，然而渦輪前溫度受到渦輪葉片材料耐受性的限制。因此，精細化冷卻空氣、增強冷卻氣體對渦輪葉片的冷卻效果對提高渦輪發(fā)動機的效率有重要意義。氣模冷卻和內(nèi)流冷卻是渦輪葉片的主要冷卻方式，如圖1所示，冷氣從渦輪葉片下部進入渦輪葉片內(nèi)部，通過內(nèi)流冷卻通道，對葉片的內(nèi)表面實施有效的冷卻，最終冷卻氣體從氣膜孔、尾縫和排氣孔中排出，從氣膜孔中排出的冷氣能夠在葉片表面形成一層冷氣薄層，有效的保護葉片。冷卻通道由葉片內(nèi)部的隔肋分割葉片內(nèi)腔形成，渦輪葉片的內(nèi)流冷卻通道對冷氣的冷卻效果有著非常重要的影響。隔肋的上下兩面都平行于渦輪葉片的基準平面，一般當隔肋起始面和終止面為平面時，就稱這種隔肋為直型肋；而隔肋起始面和終止面為自由曲面時，則可適用于彎扭葉片，一般稱其為彎扭隔肋。由于葉片內(nèi)腔較復雜，且隔肋位于葉片內(nèi)部不易生成，目前采用先生成隔肋工具體，隔肋工具體由一個梯形截面線拉伸得到，然后通過葉片內(nèi)型實體與隔肋工具體執(zhí)行布爾減操作，根據(jù)反陰為陽的方法，將葉片外型實體減去葉片內(nèi)型實體即可得到葉片內(nèi)腔中的隔肋，如圖2所示。但在通過上述方法形成的隔肋存在一些不足:(I)截面形狀簡單，不利于在彎扭葉片中布置；
·
(2)控制參數(shù)少，精細化冷卻通道困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，通過在UG (Unigraphics,交互式計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造系統(tǒng))中掃掠一組矩形截面線的形式生成隔肋工具體，然后由所生成的隔肋工具體與葉片內(nèi)型實體進行布爾求差運算，最終實現(xiàn)直型或彎扭型隔肋的參數(shù)化造型。本發(fā)明渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，具體通過下述步驟實現(xiàn):一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，基于UG環(huán)境，通過下述步驟實現(xiàn):步驟1:在UG中導入渦輪葉片內(nèi)型實體文件；在UG中建模模塊，導入存在的渦輪葉片內(nèi)型實體文件；使UG絕對坐標系0(x, y, z)中原點O位于渦輪發(fā)動機的軸線上，Z軸正向位于葉高方向，X軸正向為沿發(fā)動機中心線從前向后方向，Y軸正向按右手直角坐標系確定，如圖4所示。步驟2:在葉片內(nèi)型實體葉盆或葉背曲面上縱向選取η個基準點，進行步驟3 6 ;其中，η彡2，則第i個基準點坐標為Oi (Xi, Yi, Zi)。
步驟3:建立基準面XOiY ；以單位向量萬= (0,0,1)為方向，建立軸OiAi ;并以萬為面法向，建立基準面X0J。步驟4:建立固定基準面YOiZ ；建立與UG絕對坐標系中平面YOZ重合的固定基準面YOiZ。步驟5:建立參考基準面Y’ OiZ'；將固定基準面YOiZ作為參考面，令逆時針為負，則將固定基準面YOiZ以O(shè)iAi為軸旋轉(zhuǎn)角度α后，所得到的平面即為參考基準面Y’OiZ'。在步驟5中當參考基準面建立完畢后，UG自動生成旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)α的表達式。步驟6:在基準面XOiY內(nèi)部創(chuàng)建草圖，并在草圖內(nèi)創(chuàng)建一個同時包含定形參數(shù)和定位參數(shù)的矩形截面線框；其中，定形參數(shù)為矩形截面線框的長度I與寬度w ;定位參數(shù)為基準點Oi位置，需使基準點 Oi位置位于矩形截面線框左側(cè)邊中點處，并使矩形截面線框的左側(cè)邊與參考基準面Y’OiZ'平行。在步驟6中，當創(chuàng)建矩形截面線框完畢后，UG自動生成矩形截面線框長度I的表達式與矩形截面線框?qū)挾葁的表達式。通過上述步驟可分別獲得η個基準點對應(yīng)的η個矩形截面線框；同時獲得η個旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)α的表達式以及η個矩形截面線框的長度I與寬度w表達式。步驟7:按照步驟2中η個基準點選取順序，依次掃掠η個基準點通過步驟2 6對應(yīng)創(chuàng)建的矩形截面線框，生成I個隔肋工具體，將隔肋工具體和葉片內(nèi)型實體進行布爾求差運算，得到具有I個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體。步驟8:返回步驟2，進行下一個隔肋工具體的生成；通過上述步驟可生成具有m個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體。步驟9:在UG中導入葉片外型實體，從葉片外型實體中減去葉片步驟8中的具有隔肋的葉片內(nèi)型實體，得到具有m個隔肋的渦輪葉片。通過上述方法可實現(xiàn)隔肋的寬度w和旋轉(zhuǎn)角度α的完全參數(shù)化，即由UG生成表達式，通過更改表達式的值，直接驅(qū)動隔肋工具體的修改。本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)本發(fā)明渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，能夠為渦輪葉片提供豐富的冷氣通道類型，優(yōu)化渦輪葉片冷氣通道的布置，從而精細化冷卻空氣流動，達到更好的冷卻效果；(2)本發(fā)明渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，給出了隔肋的完全參數(shù)化造型方法，能夠快速準確的進行直型或彎扭型隔肋造型設(shè)計，且方便后續(xù)更改，增加了葉片設(shè)計的自動化程度，縮短渦輪葉片研發(fā)周期，為其他冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化造型提供了參考。


圖1為氣流在渦輪葉片腔內(nèi)的流動示意圖；圖2a為隔肋工具體不意圖；圖2b為與隔肋工具體執(zhí)行布爾減后的具有隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體；圖2c為帶隔肋的渦輪葉片；圖3為渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法流程圖；圖4為UG中葉片內(nèi)型實體設(shè)置方式示意圖5為本發(fā)明的隔肋生成過程中各面定位示意圖；圖6為創(chuàng)建4個矩形截面線框示意圖；圖7為4矩形截面線框掃掠后生成的隔肋工具體示意圖；圖8為采用本發(fā)明方法創(chuàng)建多個彎扭隔肋的葉片內(nèi)型實體；圖9為采用本發(fā)明方法創(chuàng)建多個彎扭隔肋的渦輪葉片部分。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，基于UG環(huán)境，通過下述步驟實現(xiàn)，如圖3所示:步驟1:啟動UG，導入渦輪葉片內(nèi)型實體文件；打開UG中建模模塊，導入存在的渦輪葉片內(nèi)型實體文件；使UG絕對坐標系0(x, y, z)中原點O位于渦輪發(fā)動機的軸線上，Z軸正向位于葉高方向，X軸正向為沿發(fā)動機中心線從前向后方向，Y軸正向按右手直角坐標系確定，如圖4所示。步驟2:在葉片內(nèi)型實體葉盆或葉背曲面上縱向由上至下或由下至上依次選取η個基準點，進行步驟3 6 ;其中，η彡2,則第i個基準點坐標為OiUi, Yi, Zi)。步驟3:建立基準面XOiY ；

以單位向量及=(0，0，1)為方向，建立軸OiAi;并以萬為面法向，建立基準面XOiY,如圖5所示。步驟4:建立固定基準面YOiZ ；建立與UG絕對坐標系中平面YOZ重合的固定基準面YOiZ,如圖5所示。步驟5:建立參考基準面Y’ OiZ'；將固定基準面YOiZ作為參考面，令逆時針為負，則將固定基準面YOiZ以O(shè)iAi為軸旋轉(zhuǎn)角度α后，_π/2< α < π/2，所得到的平面即為參考基準面Y’OiZ',如圖5所示；在步驟5中當參考基準面建立完畢后，UG自動生成旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)α的表達式Plitl步驟6:在基準面XOiY內(nèi)部創(chuàng)建草圖，并在草圖內(nèi)創(chuàng)建一個同時包含定形參數(shù)和定位參數(shù)的矩形截面線框；其中，定形參數(shù)為矩形截面線框的長度I與寬度《，且長度I需要滿足可與葉片內(nèi)型實體完全相交，而w > O ;定位參數(shù)為基準點Oi位置，需使基準點Oi位置位于矩形截面線框左側(cè)邊中點處，并使矩形截面線框的左側(cè)邊與參考基準面Y’ OiZ'平行，如圖5所示。在步驟6中，當創(chuàng)建矩形截面線框完畢后，UG自動生成矩形截面線框長度I的表達式P2i與矩形截面線框?qū)挾葁的表達式P3it)通過上述步驟可分別獲得η個基準點對應(yīng)的η個矩形截面線框；同時獲得η個旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)α的表達式以及η個矩形截面線框的長度I與寬度w表達式。如圖6所示，為η等于4時，通過調(diào)整參數(shù)α、I與w的值，生成的4個矩形截面線框圖。步驟7:按照步驟2中η個基準點選取順序，依次掃掠η個基準點通過步驟2 6對應(yīng)創(chuàng)建的矩形截面線框，生成I個隔肋工具體，如圖7所示，將隔肋工具體和葉片內(nèi)型實體進行布爾求差運算，得到具有I個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體；步驟8:返回步驟2，進行下一個隔肋工具體的生成；通過上述步驟可生成具有m個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體。如圖8所示，為創(chuàng)建了具有3個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體。步驟9:在UG中導入葉片外型實體，從葉片外型實體中減去葉片步驟8中的具有m個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體，則最終得到具有m個隔肋的渦輪葉片，如圖9所示，圖中渦輪葉片帶 有3個隔肋。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，其特征在于:基于UG環(huán)境，通過下述步驟實現(xiàn): 步驟1:在UG中導入渦輪葉片內(nèi)型實體文件； 在UG中建模模塊，導入存在的渦輪葉片內(nèi)型實體文件；使UG絕對坐標系0(x，y, z)中原點O位于渦輪發(fā)動機的軸線上，Z軸正向位于葉高方向，X軸正向為沿發(fā)動機中心線從前向后方向，Y軸正向按右手直角坐標系確定； 步驟2:在葉片內(nèi)型實體的葉盆或葉背曲面上縱向選取η個基準點，進行步驟3 6 ;其中，η彡2,則第i個基準點坐標為Oi (xi； Yi, Zi)； 步驟3:建立基準面XOiY ； 以單位向量及= (0,0,1)為方向，建立軸OiAi ;并以萬為面法向，建立基準面XOiY ； 步驟4:建立固定基準面YOiZ ； 建立與UG絕對坐標系中平面YOZ重合的固定基準面YOiZ ； 步驟5:建立參考基準面Y’OiZ'； 將固定基準面YOiZ作為參考面，令逆時針為負，則將固定基準面YOiZ以O(shè)iAi為軸旋轉(zhuǎn)角度α后，所得到的平面即為參考基準面Y’OiZ'； 在步驟5中當參考基準面建立完畢后，UG自動生成旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)α的表達式； 步驟6:在基準面XOiY內(nèi)部·創(chuàng)建草圖，并在草圖內(nèi)創(chuàng)建一個同時包含定形參數(shù)和定位參數(shù)的矩形截面線框；其中，定形參數(shù)為矩形截面線框的長度I與寬度w ;定位參數(shù)為基準點Oi位置，需使基準點Oi位置位于矩形截面線框左側(cè)邊中點處，并使矩形截面線框的左側(cè)邊與參考基準面Y’ OiZ'平行； 在步驟6中，當創(chuàng)建矩形截面線框完畢后，UG自動生成矩形截面線框長度I的表達式與矩形截面線框?qū)挾葁的表達式； 通過上述步驟可分別獲得η個基準點對應(yīng)的η個矩形截面線框；同時獲得η個旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)α的表達式以及η個矩形截面線框的長度I與寬度w表達式； 步驟7:按照步驟2中η個基準點選取順序，依次掃掠η個基準點通過步驟2 6對應(yīng)創(chuàng)建的矩形截面線框，生成I個隔肋工具體，將隔肋工具體和葉片內(nèi)型實體進行布爾求差運算，得到具有I個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體； 步驟8:返回步驟2，進行下一個隔肋工具體的生成；通過上述步驟可生成具有m個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體； 步驟9:在UG中導入葉片外型實體，從葉片外型實體中減去葉片步驟8中的具有隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體，得到具有m個隔肋的渦輪葉片。
2.如權(quán)利要求1所述一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，其特征在于:所述η個基準點在葉片內(nèi)型實體葉盆或葉背曲面上縱向由上至下或由下至上依次選取。
3.如權(quán)利要求1所述一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，其特征在于:所述α的取值范圍為:_31/2< α < ji/2。
4.如權(quán)利要求1所述一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，其特征在于:所述長度I與葉片內(nèi)型實體完全相交；且《 > O。
全文摘要
本發(fā)明公開一種渦輪葉片隔肋參數(shù)化造型方法，在UG中導入葉片內(nèi)型實體；在葉片內(nèi)型實體上縱向選取n個基準點，依次進行1、建立基準面；2、建立固定基準面；3、基準面旋轉(zhuǎn)α度，得到參考基準面與α表達式；4、基準面內(nèi)部創(chuàng)建草圖，草圖內(nèi)創(chuàng)建矩形截面線框與矩形截面線框長度與寬度的表達式；5、掃掠n個矩形截面線框，生成1個隔肋工具體；6、隔肋工具體與葉片內(nèi)型實體進行布爾求差運算，得到具有1個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體；重復上述步驟，生成具有m個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體；在UG中導入葉片外型實體減去具有m個隔肋反相特征的葉片內(nèi)型實體，得到帶有m個隔肋的渦輪葉片。本發(fā)明能夠快速準確的進行直型或彎扭型隔肋參數(shù)化造型。
文檔編號G06F17/50GK103244197SQ20131013619
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者席平, 楊炯, 張寶源, 胡畢富, 唐家鵬 申請人:北京航空航天大學