申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2024-03-28

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118260864A

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.28#公开

摘要：本发明公开了一种基于贝塞尔曲线的参数化叶片开槽设计方法，其实现的主要过程包括：步骤一，给定开槽叶片几何设计参数；步骤二，将原始叶片几何变换到相对弦长坐标系；步骤三，计算槽道出口圆角曲线；步骤四，计算槽道出口二次贝塞尔曲线；步骤五，计算槽道两侧内壁二次贝塞尔曲线与槽道进口圆角曲线；步骤六，计算槽道进口二次贝塞尔曲线；步骤七，将开槽叶片几何逆变换到绝对坐标系。通过给定原始叶片几何及槽道设计参数，利用贝塞尔曲线生成开槽叶片的槽道几何，实现高负荷压气机叶片开槽几何的快速设计。所设计的开槽叶片几何能更好地对高负荷压气机流场进行调控，有效抑制高负荷压气机三维角区分离流动，具有重要的工程应用前景。

主权项：1.一种基于贝塞尔曲线的参数化叶片开槽设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，给定开槽叶片几何设计参数；步骤二，将原始叶片几何变换到相对弦长坐标系；步骤三，计算槽道出口圆角曲线3；步骤四，计算槽道出口二次贝塞尔曲线4；步骤五，计算槽道两侧内壁二次贝塞尔曲线与槽道进口圆角曲线9；步骤六，计算槽道进口二次贝塞尔曲线1；步骤七，将开槽叶片几何逆变换到绝对坐标系；①所述给定开槽叶片几何设计参数包括：给定原始叶片几何的控制点坐标及槽道设计参数，由所述原始叶片几何的控制点坐标生成原始叶片几何；从所述原始叶片几何中分别提取原始叶片吸力面型线5和原始叶片压力面型线7；定义槽道设计参数，包括：槽道进口相对弦长位置SP2、槽道出口相对弦长位置EP1、槽道型线起点相对弦长位置SP1、槽道型线终点相对弦长位置EP2、槽道进口宽度TI、槽道出口宽度TO、槽道进口处圆角半径rin、槽道出口处圆角半径rout、槽道进口进气角αin和槽道出口射流角αout；②所述将原始叶片几何变换到相对弦长坐标系包括：计算原始叶片几何的弦长c，其中，所述原始叶片几何的横坐标值最小的点为前缘点10，所述原始叶片几何的横坐标值最大的点为尾缘点6，所述原始叶片几何的弦长c为所述前缘点10与所述尾缘点6之间的直线距离；对所述原始叶片几何进行旋转平移变换，将所述前缘点10设置为坐标系原点0,0，将所述尾缘点6变换到坐标点c,0位置；以所述前缘点10为中心将所述原始叶片几何按1c的比例缩放，得到原始叶片几何的相对弦长坐标，并建立相对弦长坐标系；在所述相对弦长坐标系中，所述前缘点10为坐标系原点0,0，所述尾缘点6的坐标为1,0；③所述计算槽道出口圆角曲线3包括：在所述原始叶片吸力面型线5上选定槽道出口位置，设定槽道出口处圆角半径rout；其中，所述槽道出口处圆角半径rout的取值不大于原始叶片尾缘处厚度的12；在所述槽道出口位置，垂直于所述原始叶片吸力面型线5向所述原始叶片压力面型线7所在侧作垂线，所作垂线的长度等于所述槽道出口处圆角半径rout，所作垂线的端点为槽道出口相对弦长位置EP1，所述槽道出口相对弦长位置EP1的值定义为槽道出口位置在所述相对弦长坐标系中的横坐标与所述原始叶片几何的弦长c的比值，所作垂线的终点为槽道出口圆角曲线3的圆心；设定槽道出口射流角αout，所述槽道出口射流角αout的单位为°；在所述相对弦长坐标系下，以所述槽道出口相对弦长位置EP1为所述槽道出口圆角曲线3的起点，以所述槽道出口处圆角半径rout为半径，作所述原始叶片吸力面型线5的内切圆弧，以所述内切圆弧与所述原始叶片吸力面型线5的切点为起始点，包含角度180°-αout后终止，作为槽道出口圆角曲线3的终点，得到槽道出口圆角曲线3；④所述计算槽道出口二次贝塞尔曲线4包括：给定槽道出口宽度TO、槽道型线终点相对弦长位置EP2；在所述相对弦长坐标系下，根据所述槽道出口圆角曲线3的终点、所述槽道出口宽度TO、所述槽道出口射流角αout得到槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点；具体地，以所述槽道出口圆角曲线3的终点为起点，垂直所述槽道出口射流角αout所决定的槽道射流方向作垂线，所作垂线的长度等于所述槽道出口宽度TO，所得到的垂线终点即为所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点；所述槽道型线终点相对弦长位置EP2的值为槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点在所述相对弦长坐标系中的横坐标与所述原始叶片几何的弦长c的比值，由所述槽道型线终点相对弦长位置EP2可以得到所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点在所述相对弦长坐标系中的横坐标；在所述相对弦长坐标系中所述原始叶片吸力面型线5上选取横坐标与所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点的横坐标相等的点作为所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点；根据所述槽道出口射流角αout确定槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点斜率，使得所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点处切线方向与由所述槽道出口射流角αout所决定的槽道射流方向一致；槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点斜率为所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点处的原始叶片吸力面型线5的斜率；在所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点处，以所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点斜率向所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点方向作射线I；在所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点处，以所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点斜率向所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点方向作射线II；选取所作射线I与所作射线II的交点作为槽道出口二次贝塞尔曲线4的中间控制点；根据所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点、所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的中间控制点、所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的终点通过计算得到槽道出口二次贝塞尔曲线4；⑤所述计算槽道两侧内壁二次贝塞尔曲线与槽道进口圆角曲线9包括：给定槽道进口宽度TI、槽道进口处圆角半径rin，其中，所述槽道进口处圆角半径rin的取值不大于原始叶片前缘处厚度的12；在所述槽道进口位置，垂直于所述原始叶片压力面型线7向所述原始叶片吸力面型线5所在侧作垂线，所作垂线的长度等于所述槽道进口处圆角半径rin，所作垂线的起点为槽道进口相对弦长位置SP2，所述槽道进口相对弦长位置SP2的值定义为槽道进口位置在所述相对弦长坐标系中的横坐标与所述原始叶片几何的弦长c的比值，且所述槽道进口相对弦长位置SP2的值小于所述槽道出口相对弦长位置EP1的值，所作垂线的终点为槽道进口圆角曲线9的圆心；设定槽道进口进气角αin，所述槽道进口进气角αout的单位为°；在所述相对弦长坐标系下，以所述槽道进口相对弦长位置SP2为所述槽道进口圆角曲线9的起点，以所述槽道进口处圆角半径rin为半径，作所述原始叶片压力面型线7的内切圆弧，所作内切圆弧以与所述原始叶片压力面型线7的切点为起始点，包含角度180°-αin后终止，得到所述槽道进口圆角曲线9；所述槽道两侧内壁二次贝塞尔曲线包括上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2和下游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线8；在所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点处，以所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点斜率向槽道入口方向作射线III；在所述槽道进口圆角曲线9的终点处，以所述槽道进口进气角αin向槽道出口方向作射线IV；选取所作射线III与所作射线IV的交点作为下游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线8的中间控制点；根据所述槽道出口二次贝塞尔曲线4的起点、所述下游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线8的中间控制点、所述槽道进口圆角曲线9的终点，通过计算得到所述下游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线8；连接所述槽道进口圆角曲线9的圆心与所述槽道进口圆角曲线9的终点，并向所述原始叶片吸力面型线5方向作延长线，所作延长线的终点与所述槽道进口圆角曲线9的终点之间的距离等于所述槽道进口宽度TI，将所述延长线的终点作为上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点；以步骤三中所述槽道出口圆角曲线3的终点作为所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点，根据所述槽道出口射流角αout确定上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点斜率，使得所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点处切线方向与由所述槽道出口射流角αout所决定的槽道射流方向一致；根据所述槽道进口进气角αin确定上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点斜率，使得所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点处切线方向与由所述槽道进口进气角αin所决定的槽道来流方向一致；在所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点处，以所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点斜率向所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点方向作射线V；在所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点处，以所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点斜率向所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点方向作射线VI；选取所作射线V与所作射线VI的交点作为上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的中间控制点；根据所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的起点、所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的中间控制点、所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2的终点通过计算得到上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2；⑥所述计算槽道进口二次贝塞尔曲线1包括：给定槽道型线起点相对弦长位置SP1，所述槽道型线起点相对弦长位置SP1的值为槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点在所述相对弦长坐标系中的横坐标与所述原始叶片几何的弦长c的比值；在所述相对弦长坐标系下，由所述槽道型线起点相对弦长位置SP1可以得到所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点在所述相对弦长坐标系中的横坐标；在所述相对弦长坐标系中所述原始叶片压力面型线7上选取横坐标与所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点的横坐标相等的点作为所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点，提取所述原始叶片压力面型线7上所选取的横坐标与所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点的横坐标相等的点的斜率，作为所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点斜率；将步骤五中所述上游侧槽道内壁圆弧的起点作为槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点，将步骤五中所述上游侧槽道内壁圆弧的起点处的斜率作为所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点斜率；所述槽道进口二次贝塞尔曲线1在所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点处与所述叶片压力面型线相切，所述槽道进口二次贝塞尔曲线1在所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点处与所述上游侧槽道内壁圆弧相切；在所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点处，以所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点斜率向所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点方向作射线VII；在所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点处，以所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点斜率向所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点方向作射线VIII；选取所作射线VII与所作射线VIII的交点作为槽道进口二次贝塞尔曲线1的中间控制点；根据所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的起点、所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的中间控制点、所述槽道进口二次贝塞尔曲线1的终点，通过计算得到所述槽道进口二次贝塞尔曲线1；⑦所述将开槽叶片几何逆变换到绝对坐标系包括：在所述相对弦长坐标系中，由所述原始叶片吸力面型线5、所述原始叶片压力面型线7、所述槽道出口圆角曲线3、所述槽道出口二次贝塞尔曲线4、所述下游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线8、所述槽道进口圆角曲线9、所述上游侧槽道内壁二次贝塞尔曲线2、所述槽道进口二次贝塞尔曲线1共同构成相对弦长坐标系中的开槽叶片几何；以所述前缘点10为中心将所述相对弦长坐标系中的开槽叶片几何按c1的比例放大，得到最终的开槽叶片几何；对所述最终的开槽叶片几何进行坐标逆变换，使得所述尾缘点6坐标由坐标点c,0位置变换到与所述原始叶片几何的尾缘点6坐标相同的位置，得到原始叶片几何坐标系下的开槽叶片几何。

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