[发明专利]基于准均匀B样条曲线的液力变矩器叶片造型方法

说明书

本发明公开了一种基于准均匀B样条曲线的液力变矩器叶片造型方法，本发明中将准均匀B样条型线引入到液力变矩器叶型设计中，利用准均匀B样条型线进行单元叶片骨线和叶片厚度分布曲线的设计，通过对单元叶片型线的控制点进行旋转缩放镜像等操作获得真实叶片型线，建立了叶片关键几何参数与准均匀B样条曲线控制点之间的联系，通过调整叶片曲线的控制点可以实现对叶片曲线进行精确调整，将整个叶片设计进行了全参数化表达便于叶片进行精确化设计，此外，本发明还提出了一种广义保角变换映射原理，可实现叶型曲线2D与3D之间的无误差映射，大大提高了液力变矩器叶片设计的精度和效率。

技术领域

本发明涉及一种叶片造型方法，具体涉及一种基于准均匀B样条曲线的液力变矩器叶片造型方法。

背景技术

叶型设计作为液力变矩器设计过程中最复杂，设计周期最长的环节，其设计的好坏直接决定了液力变矩器水动力性能的好坏。

传统的液力变矩器循环圆设计采用的是基于传统一维束流理论：将叶片数假设为无限多，叶片无限薄，液流角度直接取决于叶片骨线角度；假设同一过流断面各点的轴面速度相等，按照设计流线进行计算；总液流假设为许多流束，关于旋转轴对称。叶片设计部分则采用等角射影法和环量分配法。等角射影是将三维曲线展开到多圆柱面进行展开，叶片骨线采用直线-圆弧-直线进行构造，使叶片设计明显的保留了直线特征，与叶片骨线设计遵循的流线型设计理念不相符。这种设计方法的叶片角度调整不具有规范性，不便于叶型的精确化调整。等环量分配叶片设计是基于叶片进出口角度的总环量通过循环圆曲线的等分形式，使叶片每增加相同长度保证增加相同的环量使叶片负载均匀。这种设计方法没有考虑到叶片厚度的变化，只是基于叶片骨线角度的变化规律进行叶片设计，厚度分布曲线是基于经验公式，往往叶片头尾部过渡性很差，液力损失严重。传统的叶片造型方法存在各种设计上的缺陷，已经不能满足工程要求的叶片造型灵活，适应性强，易于参数化表达，构造简单等特点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种基于准均匀B样条曲线的液力变矩器叶片造型方法。采用该方法对液力变矩器二维型线进行构造，使用该方法设计的叶片曲线造型灵活，适应性强，全曲线完全的进行了参数化表达。该方法建立了叶型关键参数与曲线控制点之间的联系，可以直接对控制点进行操作实现对叶片曲线进行调整，实现了叶片曲线的精确化设计和调整，为叶片的程序化、集成化、优化设计打下了坚实基础。

为解决上述技术问题，本发明包括以下步骤：

步骤1：给定液力变矩器循环圆曲线，循环圆曲线包括内环曲线、外环曲线、叶片进出口边在循环圆视图上的轴面投影；

步骤2：给定单元叶片骨线关键设计参数，由单元叶片骨线参数与一段三次四阶五个控制点的准均匀B样条曲线控制点之间的联系，计算出单元叶片骨线曲线的控制点矩阵，通过对单元叶片骨线控制点进行镜像、旋转、缩放等操作获得真实叶片骨线控制点矩阵，进而构造出真实叶片骨线曲线；

步骤3：单元叶片厚度分布曲线由进口椭圆曲线、一段三次四阶五个控制点的准均匀B样条曲线、出口椭圆曲线光滑连接构成，通过对单元叶片厚度分布曲线进行平移、缩放等操作获得真实叶片厚度分布曲线；

步骤4：通过对真实叶片骨线曲线进行求导获得各分点的导数，通过各分点导数和法线斜率互相垂直的关系，进而求出各分点处骨线法线的斜率，在该分点法线上叠加对应真实叶片厚度分布曲线分点的高度，最终获得二维叶片压力面和吸力面的坐标；

步骤5：将叶片二维压力面和吸力面曲线经过广义保角变换映射，获得叶片三维空间曲线，通过直纹，缝合等操作，构造出叶片三维空间实体；

所述步骤2具体包括：

单元叶片骨线的控制点矩阵为：