[发明专利]基于水滴状翼型函数的液力变矩器叶片厚度确定方法

说明书

一种基于水滴状翼型函数的液力变矩器叶片厚度确定方法，包括：将某个叶片中间流面的内外环线拆分成点阵，计算某一点法向厚度时，取该点周围一点及对应环线上对应点，作为一组，通过本文中的算法计算该点的法向加厚方向；再在选择一种水滴状翼型函数对应点的函数值作为加厚的厚度值，形成厚度矢量，得出该点加厚后的正、负压力面点，将所有点做相似运算，将得到加厚后的内、外环压力面点群，通过建模软件将点群形成叶片，实现叶片厚度的确定。本发明将符合水滴状翼型特征的厚度函数转化为厚度矢量，运用到空间叶片的厚度设计中去，优点是加厚的叶片符合流体动力学理论，同时可以减少叶片厚度设计参数，并使得叶片设计精度大大提高。

技术领域

本发明属于液力变矩器技术领域，涉及叶轮机械叶片造型方法，尤其是基于水滴状翼型和直纹曲面特征的液力变矩器叶片造型方法。

背景技术

液力变矩器的开发设计主要是叶栅系统的设计，叶栅设计得是否合理，会直接影响液力变矩器的最高效率、能容、启动转矩比等特性。通常，叶栅的设计分三步进行：计算叶片角度，通过保角变换法或环量分配法计算叶片骨线，通过保角变换法等方法对叶片进行加厚。实践证明，对于液力变矩器而言，涡轮和导轮的叶片形态扭曲度大，厚度变化较为剧烈，因此其叶片厚度变化规律对变矩器性能的影响较大。但是，传统的叶片加厚方法多依赖经验设计，较多采用等倾角射影法，其设计过程复杂且坐标转换过程存在失真，往往设计出来的叶片与理论结果偏差较大，容易造成液力变矩器的理论效率与实际效率偏差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水滴状翼型函数的空间叶片厚度确定方法，该方法将厚度的设计向量化，分别从厚度方向和大小两个方面进行求解，采用该方法对叶片进行造型的过程中，控制参数少，调节方便，叶片连续性好，有利于后续液力变矩器的性能优化。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

步骤1：通过计算或者测绘得到叶片的内环流线和外环流线，将内环流线和外环流线按照弧长等分成若干份，得到等分点坐标。其中，内外环面骨线所在的曲面即为中间流面。

步骤2：计算中间流面在内(外)环线法向厚度方向

将步骤1得到的两组分点坐标分别按照入口到出口编号，得到内环流线点阵S1_i(x,y,z)和外环流线点阵S2_i(x,y,z)。将内环流线上编号为n的点S1_n(x,y,z)、编号为n-1的点S1_n-1(x,y,z)以及外环流线上编号为n的点S2_n(x,y,z)组成的平面认为是点S1_n处的切面；外环线的计算，做类似处理；

如附图3所示，叶片外环需要加厚处的坐标为S2_i(x,y,z)，其相邻点的S2_i-1(x,y,z)，外环上对应的坐标为S1_i(x,y,z)，若该点的法向厚度为y_t(i)，设定加厚后的点坐标为P2_i⁺(x,y,z)和P2_i^-(x,y,z)，令为向量和组成平面的法向量，用方程组(1)可以求解该向量。

利用该切面计算该点的法向单位向量，为保证叶片表面的动力学形状，需对叶片中间流面进行两边加厚。因此，取该向量的正向和负向视情况分别作为叶片的两边加厚的方向。

步骤3：计算厚度向量；

根据叶片的扭曲程度选择不同的水滴状翼型函数，然后按照步骤1中内外环分点数目进行插值，作为每点的厚度值函数y_t(i)。将每点的厚度值按一定比例分成两份，分别与步骤2中该点法向的正向和负向结合，得到该点的正向加厚向量和负向加厚向量；