[发明专利]叶片形状的构造方法、叶片以及计算机设备

说明书

本发明涉及叶片形状的构造方法、叶片以及构造叶片形状的计算机设备，其中，构造方法包括(a)输入设计参数，所述设计参数至少包括轴向弦长、几何进气角和几何出气角；构建截面的中弧线的曲率沿弧长分布函数，根据所述中弧线的曲率得到所述叶型的中弧线；(b)将所述(a)中的所述截面的厚度分布叠加于中弧线上，得到所述截面的二维叶型；(c)重复所述(a)、(b)生成系列的基元叶片的二维叶型，对所述系列的基元叶片的二维叶型进行三维叠加，形成三维叶片。上述构造方法具有操作简单直观的优点，其构造的叶片具有流动性能好等优点。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，具体涉及叶片形状的构造方法、叶片以及计算机设备。

背景技术

航空发动机是航空工业的重要支柱，其发展水平是国家综合国力、工业基础和科技水平的集中体现。航空发动机性能指标的不断提升，对压气机设计提出了更高的要求。发展高负荷叶型，提高压气机的级负荷，进而减少压气机的级数，是必然的趋势。实现这一目标的主要途径之一，就是不断地优化压气机叶型，并采用更先进的叶片造型方法。

计算机辅助几何设计和参数化叶型设计方法的发展，为压气机叶型设计提供了有力的工具。为便于进行压气机叶型的设计、优化和制造，国内外发动机设计厂商、科研院所和高校等机构均发展出了各自的压气机叶片造型软件。

目前主流的压气机叶片造型软件所采用的造型方法基本一致，

即采用中线厚度法生成叶片若干截面的二维基元叶型，亦或直接构造吸力面和压力面形线生成二维基元叶型；

将各截面的基元叶型按一定规律积叠生成压气机叶片，

而在这些软件中通常是采用参数化曲线构造叶片型线。

近年来压气机气动热力学的研究表明，流体流线曲率的变化规律严重影响着流场压力梯度的变化规律，而流线曲率则是由流体边界即叶型几何约束的。也就是说，叶型的曲率分布对压气机叶片的性能有着至关作用的影响。压气机叶片造型的精度好坏将直接导致压力面、吸力面以及前尾缘的连接处的不光滑，从而引起流动损失的增加和抗分离能力的降低。因此如何有效保证叶型光滑和曲率连续对保证压气机叶片造型的高精度和高气动性能有着重要的意义。

目前主要的压气机叶型的构造方法中，设计者只能控制叶片型线的形状，在确定叶型以后才能查看曲率，给设计者带来了很大的不便。大部分的参数化的构造方法甚至不能保证叶型的曲率连续，在叶型设计过程中就引入了更多的叶型损失，这对压气机性能的提升是十分不利的。

为了满足精细化压气机叶型设计的工程需要，助力我国民用航空发动机设计技术的发展，必须对现有的压气机叶片造型方法加以改进，发展一种全新的构造方法，通过直接控制叶型曲率，实现对压气机内部流动的精细化组织，为压气机设计人员提供一种新的设计途径和方法，为日益提高的压气机设计需求提供技术支撑，以得到性能良好的叶片。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种叶片形状的构造方法以及利用该构造方法构造的叶片。

本发明的另一个目的是提供一种用于构造叶片形状的计算机设备。

根据本发明一个方面的一种叶片形状的构造方法，包括

a输入设计参数，所述设计参数至少包括轴向弦长、几何进气角和几何出气角；构建截面的中弧线的曲率沿弧长分布函数，根据所述中弧线的曲率得到所述叶型的中弧线；

b将所述a中的所述截面的厚度分布叠加于中弧线上，得到所述截面的二维叶型；

c重复所述a、b生成一系列的径向基元叶型，对所述系列的基元叶型进行三维叠加，形成三维叶片。

在所述叶片形状的构造方法的实施例中，在所述a中，在平面直角坐标系构造一条由至少五个控制点确定的三次非均匀B样条曲线，定义中弧线曲率沿弧长的分布函数。