叶片曲面整体曲率光顺方法.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CN105550392A(43)申请公布日2016.05.04(21)申请号201510822081.8(22)申请日2015.11.23(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人毕庆贞卢耀安陈化朱利民丁汉(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人郭国中(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称叶片曲面整体曲率光顺方法(57)摘要本发明提供了一种叶片曲面整体曲率光顺方法，包括插值初始流线得到叶片曲面；计算叶片曲面采样点处沿流线方向和叶高方向的法曲率导数；计算叶片曲面沿流线方向和叶高方向的法曲率导数平方总和；沿着叶片的圆周方向调整叶片曲面的数据点，并利用黄金分割算法搜索数据点的最优调整角度值，减少叶片曲面的法曲率导数平方总和。本发明解决了同时使叶片曲面沿流线方向和叶高方向曲率光顺的问题，适用于离心式、轴流式叶轮叶片曲面的光顺造型问题。CN105550392ACN105550392A权利要求书1/2页1.一种叶片曲面整体曲率光顺方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：输入初始流线，插值初始流线得到叶片曲面；步骤S2：计算叶片曲面在曲面采样点处沿流线方向和叶展方向的法曲率导数；步骤S3：计算叶片曲面沿流线方向和叶展方向的法曲率导数平方总和E；3步骤S4：针对叶片曲面的点集{pk∈R,1≤k≤m}中的每个点，计算每个点到原叶片曲面3的距离d；其中，pk为点集中第k个点，R为3维实向量空间，m为点集中点总个数；步骤S5：若距离d大于给定的允许误差值dmax，则不调整该点，并在当前迭代次数未超过最大迭代次数Tmax时返回步骤S4以进行迭代计算；若距离d小于给定的允许误差值dmax，则利用黄金分割法搜索该点沿叶片圆周方向的最优调整角度θ，使叶片的法曲率导数平方总和E取最小值，并记为Enew；若Enew＜E，则计算调整后该点的坐标，并替换原来的点，令E＝Enew，并在当前迭代次数未超过最大迭代次数Tmax时返回步骤S4以进行迭代计算；否则不调整该点，并在当前迭代次数未超过最大迭代次数Tmax时返回步骤S4以进行迭代计算。2.根据权利要求1所述的叶片曲面整体曲率光顺方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤S201：根据欧拉公式，叶片曲面在点p处沿切向x的法曲率计算公式κp(x)为其中κ1表示曲面在点p处的最大主曲率，κ2表示曲面在点p处最小主曲率，表示切向x与主曲率κ1所在的主曲率方向的有向夹角；步骤S202：由于叶片曲面是通过插值初始流线得到的，则认为叶片曲面的u参数线是叶片曲面的流线，v参数线方向是叶片的叶高方向；步骤S203：设p1,p2两点是在叶片曲面的同一u参数线上，且两点的弧长距离为s，叶片曲面在点p1处沿流线方向的法曲率导数的计算公式为，其中t1表示叶片曲面在点p1处的流线方向，t2表示叶片曲面在点p2处的流线方向，表示叶片曲面在点p1处沿t1方向的法曲率，表示叶片曲面在点p2处沿t2方向的法曲率。3.根据权利要求2所述的叶片曲面整体曲率光顺方法，其特征在于，所述步骤3具体为：根据沿叶片曲面流线方向和叶高方向给定的采样点数目，首先计算叶片在每点处沿流线方向和叶高方向的法曲率导数，进而计算叶片曲面沿流线方向和叶展方向的法曲率导数平方总和E，其中，表示叶片在点p1处沿流线方向的法曲率导数，表示叶片在点p1处沿叶高方向的法曲率导数；w1,w2分别表示叶片沿流线方向、叶高方向的法曲率导数平方总2CN105550392A权利要求书2/2页和权重；n为曲面采样点个数。4.根据权利要求1所述的叶片曲面整体曲率光顺方法，其特征在于，所述步骤S5中叶片曲面上点的调整方向被限定在圆周方向上，保证调整后的点与原来的点处于相同的流面上。5.根据权利要求1所述的叶片曲面整体曲率光顺方法，其特征在于，所述步骤5包括如下内容：步骤S501：给定所述点的最大调整距离dmax，根据数据点的回转半径计算该点的最大调整角度θmax；在区间[-θmax,θmax]中，利用黄金分割法搜索最优调整角度θ，使得叶片曲面的法曲率导数平方总和E最小。3CN105550392A说明书1/4页叶片曲面整体曲率光顺方法技术领域[0001]本发明涉及微分几何以及叶轮叶片曲面造型方法，具体地，涉及一种叶片曲面整体曲率光顺方法。背景技术[0002]叶轮类零件在航空航天、能源动力等行业中均有广泛应用。叶片的三维造型是叶轮设计的难点，叶片曲面一般设计为自由曲面，型面结构非常复杂，而且叶片曲面需要满足几何连续性的要求，因为叶片曲面的光顺性对叶轮本身的效率有很大的影响。[0003]目前叶片曲面的