一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112035981A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202010934816.7(22)申请日2020.09.08(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人陶智姚广宇朱剑琴邱璐李地科王燕嘉(74)专利代理机构北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)11531代理人于鹏(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/15(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法(57)摘要一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法，涉及航空发动机领域，解决双层壁涡轮导叶复杂型面上的冷却结构定位和建模问题，使用绝对坐标系对各个冷却结构进行定位，在确定各冷却结构位置后使用局部坐标系对其进行建模。将叶型数据内置于建模程序内部，以数组的结构对其进行储存。对于有弯扭的复杂双层壁叶片，将其扭转规则和截面重心引导线同样存储于数组，对叶型数据进行几何坐标变换，得到沿叶高各个截面的参数化叶型数据。对存储参数化叶型数据的数组进行指针操作，完成对冷却结构绝对坐标的定位。便可以通过局部坐标对其进行建模。通过对前述数组进行操作，确定冷却结构局部的型面法向量，建立局部坐标系，完成对冷却结构的建模。CN112035981ACN112035981A权利要求书1/1页1.一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：步骤一、对冷却结构进行定位；对叶片的型面数据进行参数化，采用数组的形式对参数化后的数据进行存储，通过对数组指针的操作实现对冷却结构位置的定位；步骤二、对步骤一定位的冷却结构建立局部坐标系；在步骤一所述的数组中选取冷却结构的起始点，并采用局部二维角坐标系确定二维向量；具体为：首先，采用垂直叶片型面的向量作为局部二维角坐标系的基准轴；取逆时针为正向，顺时针为负向；然后，取冷却结构起始点Pi，取同数组中与所述起始点相邻的两点Pi-1和Pi+1，作其连线的垂直平分线，获得Pi垂直于叶片型面的向量作为二维向量；步骤三、根据步骤二获得的冷却结构的起始点和Pi垂直于叶片型面的向量，完成建模。2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法，其特征在于：步骤一中，选取冷气夹层的内外表面作为参数化对象，将提取的点的X、Y坐标以数组的形式存储，形成四个数组；所述四个数组分别为前缘层板内表面和外表面的X、Y坐标；通过对数组指针的操作实现对冷却结构位置的精确定位。3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法，其特征在于：对于弯扭的复杂双层壁叶片，将扭转规则和截面重心引导线存储于数组内，根据所述扭转规则和截面重心引导线数据对叶型数据进行几何坐标变换，获得沿叶高各个截面的参数化叶型数据，对存储参数化叶型数据的数组进行指针操作，完成对冷却结构绝对坐标的定位。2CN112035981A说明书1/3页一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法技术领域[0001]本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法。背景技术[0002]在航空发动机设计过程中，提高涡轮进口燃气温度是改善航空发动机性能的重要途径。相同发动机尺寸下，涡轮进口燃气温度每提高55℃，推力就能提高10％左右。目前，世界先进军用航空发动机涡轮进口燃气温度可以达到1970K，这样的温度是叶片材料无法承受的。且涡轮进口燃气温度的增长速度远远高于材料耐温程度的增长速度。因此，我们需要设计先进的冷却结构，来适应不断提高的涡轮前温度。[0003]目前，国内外对涡轮冷却结构的研究现状和发展趋势主要是针对层板型涡轮冷却叶片进行设计。根据计算，使用双层壁涡轮叶片可以将冷却效率提高20％～30％，涡轮前温度提高222～333℃。要发展高性能的五代机叶片，乃至更先进的下一代叶片，双层壁涡轮叶片都是具有重大潜力的基础结构。[0004]要在层板型涡轮冷却叶片上实现扰流柱、冲击孔、气膜孔等冷却结构阵列的综合建模，就要对各类冷却结构进行位置和轴线方向的定位。与此同时，使用三维建模软件逐个构建叶片模型需要耗费大量的时间和精力。为了加快双层壁涡轮导叶冷却结构的建模效率，需要对这些三维软件进行二次开发，即在设计人员输入几何参数后，建模程序便可以快速输出对应的三维结构模型，从而加快建模流程。发明内容[0005]本发明为解决双层壁涡轮导叶复杂型面上的冷却结构定位和建模问题，提供一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法。[0006]一种涡轮叶片层板冷却结构的建模方法，该方法由以下步骤实现：[0007]步骤一、对冷却结构进行定位；[0008]对叶片的型面数据进行参数化，采用数组的形