[发明专利]一种冷态叶型与热态叶型的迭代分析方法

说明书

本发明公开了一种冷态叶型与热态叶型的迭代分析方法，包括：以初始冷态叶型为起点，温度载荷下的初始热态叶型为目标，结合初始结构叶型和初始热态叶型的变形量差值及叶型修正系数进行冷态叶型的迭代修正，得到与初始热态叶型相对应的预变形冷态叶型。本发明能够充分考虑温度载荷、气动载荷和结构载荷等影响因素之间的区别特征，从热分析和变形分析两个角度对叶型变形规律进行解析，叶型分析结果更为精确；同时，以初始热态叶型作为判断基准，以叶型修正系数作为修正因子，在迭代过程中通过不断调整叶型修正量，以较少的迭代次数快速实现叶型的最终分析结果，计算量大幅减小，分析速度快。

技术领域

本发明涉及冷态叶型与热态叶型设计技术领域，具体而言涉及一种冷态叶型与热态叶型的迭代分析方法。

背景技术

叶片结构设计中，叶片在工况下的叶型是依据叶片在工作过中能够获得的最佳气动性能、强度、寿命等要求为设计目标而设计出来的。在叶片工作时，作用在叶片上的负载会使叶片形状相比加工制造的叶型发生变形，叶片形状变化会导致叶片偏离最佳的气动性能设计点，若使叶片在工作状态下达到最佳性能，需要根据叶片的工作叶型迭代获得其冷态加工叶型。

当前主流方法是采用近似线性化方法处理叶型从热态到冷态的转换问题，这种方法将叶片冷热态之间的变形视为完全线性过程，通过对热态叶型实施强度分析获得近似的变形，再将近似得到的变形从热态叶型中减去来获得冷态叶型。也有部分研究人员针对前述主流方法的缺陷提出了新的建议。

例如，专利号为CN201610153913.6的发明“一种叶轮机转子叶片从热态到冷态的叶型转换方法”中提及了一种叶轮机转子的叶型转换方法，特别涉及一种叶轮机转子叶片从热态到冷态的叶型转换方法。所述的方法在已知叶轮机转子叶片热态叶型的前提下，基于有限元逆向迭代的叶型转换方法，获取叶片的冷态叶型。该发明克服了常规的从热态到冷态的叶型转换方法的不足，提高了计算精度，并且节省了人力，提高了效率。在该发明中，是采用根据叶片热态叶型坐标计算得到的叶片的容差ε1、ε2和ε3作为迭代结果判断标准，判断标准并未随迭代过程更新，也没有充分考虑温度载荷、气动载荷和结构载荷等影响因素之间的区别特征，另外本发明需要不断地对模拟热态叶型的流体网格进行三维计算流体动力学分析，虽然采用了诸如流体计算软件等自动化计算手段进行辅助，在高精度要求下，运算量仍然不容小觑，迭代次数也较多(如实例中需要通过8次迭代才可以获取较为精确的分析结果)。

发明内容

本发明目的在于提供一种冷态叶型与热态叶型的迭代分析方法，充分考虑温度载荷、气动载荷和结构载荷等影响因素之间的区别特征，从热分析和变形分析两个角度对叶型变形规律进行解析，叶型分析结果更为精确；同时，以初始热态叶型作为判断基准，以叶型修正系数作为修正因子，在迭代过程中通过不断调整叶型修正量，以较少的迭代次数快速实现叶型的最终分析结果，计算量大幅减小，分析速度快。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种冷态叶型与热态叶型的迭代分析方法，所述迭代分析方法包括：

以初始冷态叶型为起点，温度载荷下的初始热态叶型为目标，结合初始结构叶型和初始热态叶型的变形量差值及叶型修正系数进行冷态叶型的迭代修正，得到与初始热态叶型相对应的预变形冷态叶型；

所述初始结构叶型通过对初始热态叶型进行气动载荷和结构载荷下的变形分析获得。

作为其中的一种优选例，所述迭代分析方法包括：

S1，以初始冷态叶型f₀(x₀,y₀,z₀)为起点，初始热态叶型f_t(x_t,y_t,z_t)为目标，计算初始结构叶型f_s(x_s,y_s,z_s)与初始热态叶型之间的变形量差值f_s-f_t；