[发明专利]一种4气门柴油机进气道数字化设计方法

说明书

本发明涉及一种4气门柴油机进气道数字化设计方法，基于灵活的Nurbs样条进行定义和控制，使气道模型具有最大程度的柔性和适应性，同时通过对建模过程的优化和控制，提高模型的健壮性；可以最大程度适应现实业务需求，满足不同类型进气道建模与CFD仿真分析的需求.与现有技术和方法相比，具有灵活性高、适用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及柴油机气道数字化设计与开发领域，具体涉及一种4气门柴油机进气道数字化设计方法。

背景技术

柴油机进气道设计尤其是螺旋进气道的设计对于柴油机的动力性能、排放性能和经济性起着至关重要的作用，也是柴油机设计的核心技术之一。因此国内外众多企业和科研机构投入大量人力物力针对此方面开展了较为深入的研究；在研究过程中，借助现代计算机手段和技术是必不可少的一个环节。

目前国内对于柴油机进气道三维模型数字化设计方法的研究主要集中在一些大学和科研单位，受限于目前三维设计软件的能力以及柴油机进气道尤其是4气门串联进气道模型的高度复杂性，因此目前国内的研究方向和研究内容主要集中在2气门进气道在特定参数设定下的三维模型构建，而对于更加具有实用价值、具有更高灵活性和适应性的4气门气道数字化模型的研究，目前为止尚未见到任何应用成果和案例；因此深入研究柴油机进气道三维模型的数字化设计方法，在柴油机进气道数字化模型的灵活性和适应性构建技术方面持续取得突破具有重要意义。

目前检索到的关于柴油机气道设计的文献：邹健等人在《内燃机》2015年第4期发表的文章“基于Solidworks的柴油机螺旋进气道参数化设计”、王忠等人在《江苏大学学报（自然科学版）》2004年第25卷第4期发表的文章“柴油机螺旋进气道的三维造型设计”、丁水汀等人在《新技术新工艺》2008年第6期发表的文章“柴油机进气道现代设计方法”、王恩浩在山东大学2013年硕士学位论文“基于结构参数的柴油机进气道优化设计”、韩君在中北大学2012年硕士学位论文“基于试验的柴油机进气道参数化设计方法及流通性能仿真研究”，都有关于柴油机进气道参数化设计的描述。

然而这些文献中提及的气道模型都是2气门柴油机气道，而现在柴油机尤其是较大功率机型采用4气门气道结构的越来越多，2气门柴油机气道模型在实际应用中具有很大的局限性；另外在建模方法上，这些文章中描述的模型主要通过多截面拟合或曲线参数方程进行定义，模型柔性和适应性明显不足，一个模型很难应用在不同的机型中，需要人工重复建模，难度大且效率非常低下。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种4气门柴油机进气道数字化设计方法，使气道模型具有最大程度的柔性和适应性，可以满足不同类型进气道建模与CFD仿真分析的需求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种4气门柴油机进气道数字化设计方法，所述气道由螺旋气道和切向气道组成，其中螺旋气道为整个气道的核心组成部分，由导引段、过渡段和螺旋段组成，所述气道基于Nurbs样条进行轮廓定义和控制，包括如下步骤：

（1）螺旋段的设计：螺旋段外形由螺旋外轮廓曲线、螺旋内轮廓曲线及螺旋轮廓控制曲线进行定义和控制，通过螺旋轮廓控制曲线定义螺旋外形尺寸；然后，定义螺旋段大端和小端截面控制曲线、螺旋下降梯度控制曲线以及螺旋面拔模分型线，其中螺旋下降梯度控制曲线及螺旋面拔模分型线由包络在螺旋外轮廓面上的空间样条曲线构成，能够自由调整形状；最后，基于螺旋轮廓线、螺旋轮廓控制曲线、螺旋大端和小端截面控制曲线以及螺旋下降梯度控制曲线、螺旋面拔模分型线生成包含拔模工艺特征的螺旋曲面；

（2）导引段及过渡段的设计：螺旋段生成后，绘制和定义与螺旋段平滑连接的气道导引段及过渡段外形控制曲线，基于Nurbs样条定义气道导引段上轮廓以及气道导引段拔模分型线，以拔模分型线为分割曲线，完成气道导引段的拔模工艺特征，在完成气道螺旋段与导引段的基础上，通过截面混合方式生成气道过渡段，过渡段的拔模工艺特征基于螺旋段和导引段截面生成；