[发明专利]一种基于阿基米德曲线的仿生叶片的设计方法

摘要

本发明公开了一种基于阿基米德曲线的仿生叶片的设计方法，是通过三维软件中方程式曲线来构造阿基米德曲线，通过放样曲面的方式，来构成的初始叶片域。采用圆柱切割的方式来获取一段满足叶片出口直径的曲面，通过角度θ更为直观便捷的去调控叶片倾角，同时利用底面作为基准面切除叶片底部，用包角来去衡量叶片进出口位置及叶片弯曲程度，从而保证叶片的设计精度。通过泵的流量Q和转速n计算出叶轮出口宽度b2，利用前后盖板型线和叶轮出口宽度构成切割面，对之前所获曲面进一步切割，同时可以通过对切割面的上下移动来调节叶片的包角。用叶片入口线对叶片进行第四次切割，而叶片入口线能够调节叶片入水角度，满足液流入水需求。

主权项

1.一种基于阿基米德曲线的仿生叶片的设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：首先利用三维软件solidworks中方程式曲线构成阿基米德曲线，通过放样曲面生成阿基米德曲面，其中曲面的斜率通过旋轴长度L、曲线端点到旋轴初始点的距离d构成夹角θ来调控，θ越大，曲面的斜率越大，反之越小；其中：a为无量纲常系数，其值满足公式a＝D₂+c，D₂为叶轮出口直径，c为无量纲常数，c取值范围为50～100；t为无量纲，取值范围为0～1；π为圆周率；常系数a决定了阿基米德曲线向外扩展的范围，以保证了足够的叶片区域；b为无量纲常系数，根据a的取值范围，利用公式求得b的取值范围，常系数b决定了单圈螺距的大小；步骤二：然后根据离心泵型号的参数流量Q、扬程H、转速n要求，利用公式计算出叶轮出口直径D₂，然后以此直径构造圆柱体对曲面进行第一次切割，圆柱的高要求把叶片完全切除，得到满足叶轮出口直径D₂的曲面，并使之包裹在圆柱内部；其中：n_s为比转速，k_D2为速度系数。步骤三：利用一基准面，要求平行于圆柱底面即可，对所获叶片底面进行第二次切割，通过基准面的上下移动来调整叶片的包角，即旋转轴到叶片入口点距离C1与旋转轴到叶片出口点距离C2的夹角β；步骤四：再根据公式计算出叶轮出口宽度b₂；利用在满足流量Q、扬程H、转速n要求下的前后盖板型线和叶轮出口宽度b₂所构成的切割面，对所获曲面第三次切割，得到流线型叶片；其中n_s为比转速，k_b2为速度系数；步骤五：最后根据叶片入口线与旋转轴的夹角α调节叶片所需入水角，再进行第四次切割，获得完整叶片(1)。