[发明专利]一种压气机中介机匣端壁型线造型方法

摘要

本发明提出一种压气机中介机匣端壁型线造型方法，以非均匀有理B样条(Non‑Uniform Rational B‑Spline，缩写为NURBS)曲线及垂直等分点移动的方法来拟合并调整压气机中介机匣轮毂、机匣型线，克服了当前中介机匣几何设计领域没有通用性方法的难点，使得中介机匣这类具有大曲率变化特征的复杂几何型线得以确切的数学描述。同时本发明中自由参数个数从传统经验方法的数个减少到两个，使二维参数化造型更加快速、简洁、高效、通用性强，而且能满足良好的气动设计指标。

主权项

一种压气机中介机匣端壁型线造型方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据压气机中介机匣几何设计参数来构建端壁型线，其中几何设计参数包括：机匣进口点的Z向无量纲坐标Z6、R向无量纲坐标R6及机匣进口几何角，机匣出口点的Z向无量纲坐标Z8、R向无量纲坐标R8及机匣出口几何角，轮毂进口点的Z向无量纲坐标Z9、R向无量纲坐标R9及轮毂进口几何角，轮毂出口点的Z向无量纲坐标Z11、R向无量纲坐标R11及轮毂出口几何角；其中Z向为轴向，R向为径向；步骤2：通过机匣进口点、机匣出口点，轮毂进口点、轮毂出口点这四个固定控制点定位机匣自由控制点、轮毂自由控制点的基准流向位置：机匣自由控制点的基础Z向、R向坐标为：Z7base=Z6+mratio*(Z8-Z6)R7base=R6+mratio*(R8-R6)]]>轮毂自由控制点的基础Z向、R向坐标为：Z10base=Z9+mratio*(Z11-Z9)R10base=R9+mratio*(R11-R9)]]>其中mratio为自由控制点流线位置比；步骤3：计算端壁型线进出口平均高度Haver：步骤4：计算机匣自由控制点和轮毂自由控制点向内、外两侧移动的取值范围：机匣自由控制点取值范围为：轮毂自由控制点取值范围为：其中下标in、ex分别表示内、外两侧的移动方向，θshroud为机匣型线进出口的轴向偏角：θhub为轮毂型线进出口的轴向偏角：步骤5：通过随机函数调控自由控制点的移动位置，求取相应位置上自由控制点的Z、R向坐标：机匣自由控制点的Z、R向坐标：Z7=Z7in+(Z7ex-Z7in)*free_valshroudR7=R7in+(R7ex-R7in)*free_valshroud]]>轮毂自由控制点的Z、R向坐标：Z10=Z10in+(Z10ex-Z10in)*free_valhubR10=R10in+(R10ex-R10in)*free_valhub]]>其中free_valshroud、free_valhub为通过随机函数生成的[0,1]区间内的系数；步骤6：求解NURBS曲线方程：建立Z、R分方向上3次NURBS有理表达式如下所示：Zi=Σj=ii+2zj*Bj,k(ti+3)Σj=ii+2Bj,k(ti+3)Ri=Σj=ii+2rj*Bj,k(ti+3)Σj=ii+2Bj,k(ti+3),k=3,i=0,1,2]]>将机匣上已知的固定控制点和自由控制点赋以新的编号：(Z6，R6)→(Z0，R0)，(Z7，R7)→(Z1，R1)，(Z8，R8)→(Z2，R2)带入方程左侧，求解其右侧待求的共5个曲线离散点(zj，rj)；其中，ti+3表示一组已知控制点的切向量T＝[t0,t1,…,t2+2k]的分量，其计算表达式为：t0=t1=t2=t3=0ti+3=ti+3-1+|zi+3-zi+3-1(zi+3+zi+3-1)2+(ri+3+ri+3-1)2|t2+3=t2+4=t2+5+t2+6=1]]>B样条基函数Bj,k(ti+3)由德布尔‑考克斯递推公式递推而来：通过切向量T＝[t0,t1,…,t2+2k]的取值表示出基函数Bj,k(ti+3)，带入上述3次NURBS表达式，建立3个线性方程，并且补充两个边界条件使方程组封闭；通过求解该线性方程组右端的5个未知离散点坐标，唯一确定了自由控制点7在某一随机位置处对应的机匣NURBS曲线；同样地，将轮毂固定控制点9、11和轮毂自由控制点10，以及5个待求解的未知轮毂型线离散点代入k次NURBS有理表达式，得到自由控制点10在其约束范围内某一随机位置处，所对应的5个轮毂型线离散点的Z向坐标、R向坐标，形成NURBS曲线所拟合成的轮毂端壁型线；步骤7：循环步骤1～步骤6，得到不同移动位置的机匣自由控制点和轮毂自由控制点对应形成的、NURBS曲线所拟合的多条轮毂和机匣端壁型线，形成端壁几何型线样本空间；步骤8：进行二维CFD数值计算，求解端壁几何型线样本空间内任意二维型线构成的中介机匣流场，在计算的总压损失系数域内选取最小值，得到对应的最佳型线值，完成中介机匣二维端壁造型。