CN102734218A - 一种宽弦空心叶片结构设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种宽弦空心叶片结构设计方法，其特征在于：基于气动数据源的空心叶片结构设计方法，空腔设计源于气动叶型数据，径向加强筋的设计源于叶型中弧线，弦向加强筋的设计源于流线面叶型数据；空腔区选择在叶片一弯节线上方；空腔区范围确定后，依据设计减重要求初步给定空腔根、尖部叶盆、叶背厚度，然后采用线性差值法，给出空腔其他截面叶盆、叶背厚度，初步确定空腔各截面叶盆、叶背厚度后，根据气动叶型线，获得空腔区控制截面型线完成空腔设计。本发明的优点：所述的宽弦空心叶片结构设计方法，实现了叶片既具有较好的抗弯刚度，又具有较好的抗扭刚度，简化了空心叶片的设计难度，缩短了空心叶片的设计周期。

Description

一种宽弦空心叶片结构设计方法
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机压缩系统领域，特别涉及了一种宽弦空心叶片结构设计方法。
背景技术
随着燃气涡轮发动机设计技术的发展，为提高发动机压缩系统的作功能力，更多的采用宽弦叶片，宽弦叶片具有增加发动机压气机喘振裕度、抗外物损伤、提高发动机推力、减少叶片数等优点，但是宽弦风扇叶片离心负荷增加，在满足可靠性要求的情况下，轮盘重量大幅增加，为此，需要开展空心结设计技术研究。空心叶片结构复杂、设计过程中需要考虑空腔的设计与加强筋的设计，设计难度大，设计周期长。
发明内容
本发明的目的是快速实现空心叶片的三维结构设计，特提供了一种宽弦空心叶片结构设计方法。
本发明提供了一种宽弦空心叶片结构设计方法，其特征在于：基于气动数据源的空心叶片结构设计方法，空腔设计源于气动叶型数据，径向加强筋的设计源于叶型中弧线，弦向加强筋的设计源于流线面叶型数据；
首先确定叶根空腔区的起始位置，空腔区选择在叶片一弯节线上方；空腔区范围确定后，依据设计减重要求初步给定空腔根、尖部叶盆、叶背厚度，然后采用线性差值法，给出空腔其他截面叶盆、叶背厚度，初步确定空腔各截面叶盆、叶背厚度后，根据气动叶型线，获得空腔区控制截面型线，在保证空腔区各控制截面型线沿径向连续、光顺的条件下，对各截面叶盆、叶背厚度进行适当调整，最终获得空腔区各截面控制型线即可在三维结构设计软件中通过曲线完成空腔设计，空腔设计是空心叶片结构设计的第一步也是最关键的一步；
径向加强筋的设计源于叶型中弧线，空心叶片各控制截面径向加强筋数量相等，沿叶片弦向加强筋可以均匀布置，也可以根据需要任意布置，根据叶型中弧线及其近似圆心，完成径向加强筋的等弧长均匀设计，当各截面径向加强筋的分布确定后，在三维结构设计软件中通过扫略即完成径向加强筋设计；
弦向加强筋设计，直接利用流线面叶型线及加强筋宽度，在三维结构设计软件中通过拉伸完成各截面弦向加强筋设计；
当初步确定叶盆厚度2、叶背厚度3后，通过气动叶型线1可获得空腔型线4，同理获得各截面空腔型线，经光顺处理后获得空腔区各截面型线即可在三维结构设计软件中完成空腔设计，如图2所示。
如图3、4，根据叶型中弧线6，确定中弧线近似圆弧线8，根据近似圆弧线圆心9和空腔型线7确定空腔区10，对空腔区10按径向筋数量等分后即可获得径向加强筋等弧长分布线11，根据加强筋宽度13，完成径向加强筋12设计，截面径向加强筋结构如图4。各截面径向加强筋分布确定后在三维结构设计软件中扫略完成径向加强筋设计；
如图5、6，根据流线面叶型线14及宽度，在三维结构设计软件中通过拉伸即完成弦向加强筋18的设计；
如图6在已知实心叶型15，经空腔区16设计、径向加强筋17设计、弦向加强筋18设计，即可完成空心叶片结构设计。
本发明的优点：
本发明所述的宽弦空心叶片结构设计方法，实现了叶片既具有较好的抗弯刚度，又具有较好的抗扭刚度，更重要的是空心叶片结构设计依据气动数据，简化了空心叶片的设计难度，缩短了空心叶片的设计周期。快速实现空心叶片的三维结构设计，且有限元分析表明该结构空心叶片具有较好的承载能力。本专利要求的空心叶片结构设计方法可以直接应用于大涵道比的航空发动机，大型运输机的动力，以及民机的动力上。也可应用于其它相关专业。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为叶高截面空腔区示意图；
图2为空腔区型面沿径向分布示意图；
图3为径向加强筋分布设计示意图；
图4为径向加强筋结构示意图；
图5为流线面叶型线示意图；
图6为空心叶片结构示意图；
1为气动叶型数据，2为叶盆厚度，3为叶背厚度，4空腔型面，5为气动叶型线，6气动叶型中弧线，7空腔型面，8叶型中弧线近似圆弧线，9近似圆弧线圆心，10空腔区，11径向加强筋分布线，12径向加强筋，13径向加强筋宽度，14流线面叶型线，15实心区，16空腔区，17径向加强筋，18弦向加强筋。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种宽弦空心叶片结构设计方法，其特征在于：基于气动数据源的空心叶片结构设计方法，空腔设计源于气动叶型数据，径向加强筋的设计源于叶型中弧线，弦向加强筋的设计源于流线面叶型数据；
首先确定叶根空腔区的起始位置，空腔区选择在叶片一弯节线上方；空腔区范围确定后，依据设计减重要求初步给定空腔根、尖部叶盆、叶背厚度，然后采用线性差值法，给出空腔其他截面叶盆、叶背厚度，初步确定空腔各截面叶盆、叶背厚度后，根据气动叶型线，获得空腔区控制截面型线，在保证空腔区各控制截面型线沿径向连续、光顺的条件下，对各截面叶盆、叶背厚度进行适当调整，最终获得空腔区各截面控制型线即可在三维结构设计软件中通过曲线完成空腔设计，空腔设计是空心叶片结构设计的第一步也是最关键的一步；
径向加强筋的设计源于叶型中弧线，空心叶片各控制截面径向加强筋数量相等，沿叶片弦向加强筋可以均匀布置，也可以根据需要任意布置，根据叶型中弧线及其近似圆心，完成径向加强筋的等弧长均匀设计，当各截面径向加强筋的分布确定后，在三维结构设计软件中通过扫略即完成径向加强筋设计；
弦向加强筋设计，直接利用流线面叶型线及加强筋宽度，在三维结构设计软件中通过拉伸完成各截面弦向加强筋设计；
当初步确定叶盆厚度2、叶背厚度3后，通过气动叶型线1可获得空腔型线4，同理获得各截面空腔型线，经光顺处理后获得空腔区各截面型线即可在三维结构设计软件中完成空腔设计，如图2所示。
如图3、4，根据叶型中弧线6，确定中弧线近似圆弧线8，根据近似圆弧线圆心9和空腔型线7确定空腔区10，对空腔区10按径向筋数量等分后即可获得径向加强筋等弧长分布线11，根据加强筋宽度13，完成径向加强筋12设计，截面径向加强筋结构如图4。各截面径向加强筋分布确定后在三维结构设计软件中扫略完成径向加强筋设计；
如图5、6，根据流线面叶型线14及宽度，在三维结构设计软件中通过拉伸即完成弦向加强筋18的设计；
如图6在已知实心叶型15，经空腔区16设计、径向加强筋17设计、弦向加强筋18设计，即可完成空心叶片结构设计。

Claims (1)

1.一种宽弦空心叶片结构设计方法，其特征在于：基于气动数据源的空心叶片结构设计方法，空腔设计源于气动叶型数据，径向加强筋的设计源于叶型中弧线，弦向加强筋的设计源于流线面叶型数据；
首先确定叶根空腔区的起始位置，空腔区选择在叶片一弯节线上方；空腔区范围确定后，依据设计减重要求初步给定空腔根、尖部叶盆、叶背厚度，然后采用线性差值法，给出空腔其他截面叶盆、叶背厚度，初步确定空腔各截面叶盆、叶背厚度后，根据气动叶型线，获得空腔区控制截面型线，在保证空腔区各控制截面型线沿径向连续、光顺的条件下，对各截面叶盆、叶背厚度进行适当调整，最终获得空腔区各截面控制型线即可在三维结构设计软件中通过曲线完成空腔设计；
径向加强筋的设计源于叶型中弧线，空心叶片各控制截面径向加强筋数量相等，沿叶片弦向加强筋可以均匀布置，也可以根据需要任意布置，根据叶型中弧线及其近似圆心，完成径向加强筋的等弧长均匀设计，当各截面径向加强筋的分布确定后，在三维结构设计软件中通过扫略即完成径向加强筋设计；
弦向加强筋设计，直接利用流线面叶型线及加强筋宽度，在三维结构设计软件中通过拉伸完成各截面弦向加强筋设计；
当初步确定叶盆厚度（2）、叶背厚度（3）后，通过气动叶型线（1）可获得空腔型线（4），同理获得各截面空腔型线，经光顺处理后获得空腔区各截面型线即可在三维结构设计软件中完成空腔设计；
根据叶型中弧线（6），确定中弧线近似圆弧线（8），根据近似圆弧线圆心（9）和空腔型线（7）确定空腔区（10），对空腔区（10）按径向筋数量等分后即可获得径向加强筋等弧长分布线（11），根据加强筋宽度（13），完成径向加强筋（12）设计，各截面径向加强筋分布确定后在三维结构设计软件中扫略完成径向加强筋设计；
根据流线面叶型线（14）及宽度，在三维结构设计软件中通过拉伸即完成弦向加强筋（18）的设计；
在已知实心叶型（15），经空腔区（16）设计、径向加强筋（17）设计、弦向加强筋（18）设计，即可完成空心叶片结构设计。
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