[发明专利]一种厚度偏差与叶片厚度分布相关的叶片模型构建方法

说明书

本发明公开了一种厚度偏差与叶片厚度分布相关的叶片模型构建方法，通过叶片不同位置控制点处叶片厚度分布确定叶片厚度偏差在叶片不同位置的分布情况，以实现考虑叶片厚度偏差几何模型的重新构建。本发明采用参数化方法重建叶片模型并将代理模型方法用于不确定性分析，既能保证在叶片前、尾缘半径、叶片弦长等参数不变的情况下改变叶片厚度分布，同时保证了叶片型线的连续性。

技术领域

本发明属于航空技术领域，具体涉及一种叶片模型构建方法及一种构造叶片厚度偏差影响叶片气动性能的代理模型方法。

背景技术

压气机叶片是航空发动机中最重要的部件之一，其性能的优劣直接影响着发动机的经济性、气动性能和可靠性。随着航空发动机对压气机提出的性能要求越来越高，压气机叶片的气动热力学设计越来越多的突破了传统技术的约束，采取了越来越多的如弯、掠叶片的新技术。而压气机叶片载荷高、扭曲度大、数量多，其生产量占到了整台发动机的30％-40％，这对加工工艺和日常维护提出了很高的要求。

在叶片的制造加工过程中，因加工振动、工件内部应变等因素很容易造成叶片变形，实际加工得到的叶片与设计叶片厚度分布之间不可避免的会出现一些偏差。虽然叶片各位置处厚度偏差均较小，但其对叶片气动性能的综合影响是不容忽视的。文献(Wu CY.Arbitrary Surface Flank Milling and Flank SAM in the Design andManufacturing of Jet Engine Fan and Compressor Airfoils，ASME Turbo Expo 2012,2012)发现某大型风扇叶片中某些区域0.0254mm-0.0762mm的加工误差足以改变叶片的服役性能和寿命。文献(高丽敏,蔡宇桐,曾瑞慧,等.叶片加工误差度压气机叶栅气动性能的影响，推进技术，2017)表明0.1mm的叶片轮廓度偏差最高可导致20.4％的叶片性能恶化。因此，对叶片厚度偏差影响叶片性能的不确定性研究具有重要的实际意义。

以往对于叶片厚度偏差的研究往往依托于叶片整体轮廓度偏差对叶片气动性能带来的影响，而叶片轮廓度偏差则包含了叶片厚度，弦长和前、尾缘半径偏差，无法得知叶片厚度偏差对叶片性能影响程度的大小。同时，在以往大部分针对叶片厚度偏差研究的叶片模型重建时，往往将叶片吸力面和压力面整体平移，即认为叶片各区域厚度偏差值相同，这对数值研究起到了一定的简化效果，但无法保证叶片前、尾缘附近叶片型线的连续性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种厚度偏差与叶片厚度分布相关的叶片模型构建方法，通过叶片不同位置控制点处叶片厚度分布确定叶片厚度偏差在叶片不同位置的分布情况，以实现考虑叶片厚度偏差几何模型的重新构建。本发明采用参数化方法重建叶片模型并将代理模型方法用于不确定性分析，既能保证在叶片前、尾缘半径、叶片弦长等参数不变的情况下改变叶片厚度分布，同时保证了叶片型线的连续性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：叶片参数化；

根据叶片的几何型线构造参数化控制点，获得不同叶高截面、不同弦长位置处叶片厚度分布；

步骤2：获得厚度偏差分布情况；

根据给定叶片厚度偏差值，以及各控制点处叶片厚度与叶片最大厚度比，计算得到各控制点处厚度偏差值；

步骤3：修改控制点并生成叶片几何模型；

通过厚度叠加法修改各控制点处的厚度分布，获得一组新的叶片型面控制点组合；

步骤4：代理模型初始化；

采用4阶非嵌入式混沌多项式方法，通过叶片厚度偏差概率分布形式以及叶片厚度偏差所满足的公差带生成代理模型；求得相应采样点并通过步骤3中方法生成叶片几何模型；

采用Numeca进行叶片网格划分及性能计算得到叶片性能参数；