CN105654521A - 一种叶轮叶片缘点的获取方法 - Google Patents

Abstract

一种叶轮叶片缘点的获取方法，建立平面坐标系；读取叶片平面型线的坐标数据；获取叶片平面型线的中弧线M₁M_n及距离最长的两个点的坐标数据；将中弧线及叶片平面型线旋转一设定角度α，获得中弧线M′₁M′_n，计算中弧线两端点处的切线斜率k′_q和k′_w；设定距离L₁，判断落在内的靠近A_q′一侧的曲线的点的X坐标是否单调分布；设定距离L₂，判断落在内的靠近A_w′一侧的曲线的点的X坐标是否单调分布；计算过点M′₁，且斜率为k′_q的直线，获得所述直线与曲线B₁B_m的交点A′_L；计算过点M′_n，且斜率为k′_w的直线，获得所述直线与曲线C₁C_m的交点A′_T；将线段A′_LA′_T回转一设定角度α获得缘点坐标。本发明简化缘点的坐标计算，避免由于前缘(尾缘)位于拟合曲线的两端部而造成的拟合误差过大的问题。

Description

一种叶轮叶片缘点的获取方法

技术领域

本发明涉及一种叶轮叶片型线的获取方法，尤其涉及一种叶轮叶片缘点的获取方法。

背景技术

预测叶轮机械整机性能时通常都需要知道叶片型面的参数，如几何进口角、几何出口角、叶片最大厚度及其位置、最大挠度、弦长等参数，而要知道叶片的这些气动参数，都需要首先求得叶片的中弧线，求得中弧线的误差也就直接关系到整机性能预测的精确性。但是在求中弧线时如何精确的确定前缘点和尾缘点。一种做法是传统的作图法，求得中弧线后在最靠近前缘的部分做切线，切线与叶片型线的交点即为前缘点，但是该方法需要的工作量较大，不适合大量计算使用。另外一种做法是针对特定的叶型设计规律，指定前缘点和尾缘点，但是该方法通用性较差，对于其它的叶型就不适用了。

针对现有技术和方法的不足，为了能够使用计算机对不同叶型的型线进行制作，设计一种自动化操作的方法，根据相关条件设置，可获得叶轮叶片上缘点的坐标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种叶轮叶片缘点的获取方法，该方法能够根据任意已知叶片型线的各截面的离散点坐标自动获得前缘点和尾缘点，通过该方法获得的缘点，方法简单，获得的缘点精度高，可实现缘点获得的自动化操作。

为解决上述技术问题本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种叶轮叶片缘点的获取方法，包括：步骤一，建立平面坐标系；步骤二，读取叶片平面型线的坐标数据；步骤三，获取叶片平面型线的中弧线M₁M_n；步骤四，获取叶片平面型线中距离最远的两个点的坐标数据，获得最长线段A_qA_w，该线段与X轴的夹角为α；步骤五，将中弧线M₁M_n及叶片平面型线，以坐标原点为圆心，旋转角度α，获得旋转后中弧线M′₁M′_n及旋转后叶片型线，旋转后最长线段为A′_qA′_w，计算中弧线M′₁M′_n两端点处的切线斜率k′_q和k′_w；步骤六，设定距离L1，判断落在内的靠近A′_q一侧的曲线的点的X坐标是否呈单调分布，若是，获得曲线上的点B₁，B₂…B_m，若否，重新设定距离L₁，重复步骤六；步骤七，设定距离L₂，判断落在内的靠近A′_w一侧的曲线的点的X坐标是否呈单调分布，若是，获得曲线上的点C₁，C₂…C_m，若否，重新设定距离L₂，重复步骤七；步骤八，拟合曲线B₁B_m或C₁C_m；步骤九，计算过点M′₁，且斜率为k′_q的直线，获得所述直线与曲线B₁B_m的交点A′_L；计算过点M′_n，且斜率为k′_w的直线，获得所述直线与曲线C₁C_m的交点A′_T；步骤十，将线段A′_LA′_T回转角度α，获得缘点坐标。

本发明提供的一种叶轮叶片缘点的获取方法，其中，步骤六和步骤七中，距离L₁和L₂的初始值为线段A_qA_w的长度的某一百分比，不超过30％。

本发明提供个一种叶轮叶片缘点的获取方法，其中，步骤四中，角度α的值被设定为，当线段A_qA_w旋转角度α后，使得旋转后的线段A′_qA′_w呈水平状态。

本发明提供的一种叶轮叶片缘点的获取方法，其特征在于：步骤七中，用三次样条曲线方法拟合曲线B₁B_m或C₁C_m。

上述技术方案具有如下有益效果：本发明根据叶片型线弦长方向最长的特点，先假定一个前缘点(和尾缘点)，通过对缘点位置的设置，简化缘点的坐标计算，并避免了使用三次样条曲线拟合方法拟合时，由于前缘(尾缘)位于拟合曲线的两端部而造成的拟合误差过大的问题。本发明涉及的方法具有简便、快速、精度高等优点。应用本发明的方法确定的前缘点和尾缘点精度相比传统方法精度可以提高0.3％以上(以弦长计算)，而且由于前缘点和尾缘点决定了叶片的进出口角，应用本方法获得的角度相比传统方法精确约5-10°，相对误差提高10％以上，而同时计算速速与传统方法保持相当。该方法的应用提高了叶轮机械分析、设计工作精度，为叶轮机械叶型改进优化提供了精确的优化目标，降低了对试验的依赖。

附图说明

图1为本发明的叶轮叶片缘点的获取方法的流程示意图。

图2为本发明的实施例1中的叶轮叶片缘点的获取方法的具体流程示意图。

图3为已知的叶片型线及数据点示意图。

图4为旋转前后的叶片型线及数据点示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

如图1所示，本发明的叶轮叶片缘点的获取方法包括如下步骤：

步骤一，建立平面坐标系；步骤二，读取叶片平面型线的坐标数据；步骤三，获取叶片平面型线的中弧线M₁M_n；步骤四，获取叶片平面型线中距离最远的两个点的坐标数据，获得最长线段A_qA_w，该线段与X轴的夹角记为α；步骤五，将所述中弧线M₁M_n及叶片型线，以坐标原点为圆心，旋转角度α，获得旋转后中弧线M′₁M′_n、旋转后叶片型线，旋转后最长线段为A′_qA′_w，计算中弧线两端点M′₁M′_n处的切线斜率k′_q和k′_w；步骤六，设定距离L₁，判断落在内的靠近A′_q一侧的曲线的点的X坐标是否呈单调分布，若是，获得曲线上的点B₁，B₂…B_m，若否，重新设定距离L₁，重复步骤六；步骤七，设定距离L₂，判断落在内的靠近A′_w一侧的曲线的点的X坐标是否呈单调分布，若是，获得曲线上的点C₁，C₂…C_m，若否，重新设定距离L₂，重复步骤七；步骤八，拟合曲线B₁B_m或C₁C_m；步骤九，计算过点M′₁，且斜率为k′_q的直线，获得所述直线与曲线B₁B_m的交点A′_L；计算过点M′_n，且斜率为k′_w的直线，获得所述直线与曲线C₁C_m的交点A′_T；步骤十，将线段A′_LA′_T回转角度α，获得缘点坐标。

下面，对上述方法做详细描述。

实施例1

如图2所示，为本发明叶轮叶片缘点的获取方法的流程示意图，如图3所示，为已知的叶片型线及数据点示意图。图4为旋转前后的叶片型线及数据点示意图。

(1)选定型线平面坐标系XY。

(2)读入叶片型线上各数据点，记这些平面数据点依次为A₁、A₂，…，并记A₁的坐标为(X_A1，Y_A1)，A₂等点依次类推。

(3)计算叶片内切圆，内切圆圆心即为中弧线上的点，记为M₁，M₂，…M_n，使用三次样条曲线拟合M₁，M₂，…M_n,获得中弧线M₁M_n。

(4)在叶片型线所有数据点中计算距离最长的两个点，分别记为A_q和A_w；其中，计算方法为计算任意两个数据点的距离，做C² _n次运算(n为叶片型线点个数)，得到彼此距离最长的两个点。以直线线段连接A_q和A_w获得最长线段A_qA_w。

(5)将叶片型线和中弧线M₁M_n以坐标原点为圆心，旋转α角度，记旋转后的对应点为A′₁,A′₂，…，M′₁,M′₂，…，最长线段为A′_qA′_w。旋转α角度后，线段A′_qA′_w呈水平状态(与Y轴垂直)，同时计算得到旋转后在M′₁和M′_n处的切线斜率k′_q和k′_w。记A′_q的坐标为记A′_w的坐标为将线段A_qA_w和旋转α角度，使得旋转后的线段A′_qA′_w呈水平状态，其目的在于，这样可以简化后续A′_q的坐标，A′_w的坐标的计算，提高精度。

(6)选择一个足够大的距离L₁，使得落在内的靠近A′_q一侧的曲线的点的X坐标呈单调分布，如果不满足则缩小距离L₁的值，直到满足条件为止。并记落在内的曲线上的点从左到右依次为B₁，B₂…B_m…。距离L₁的初始值为线段A_qA_w的长度的某一百分比，不超过30％。

(7)使用三次样条曲线方法拟合曲线B₁，B₂…B_m。

(8)使用对分法求过点M′₁且斜率为k′_q的直线与曲线B₁B_m交点，则该交点就是前缘点，记为A′_L。

(9)同样，选择一个足够大的距离L₂，使得落在内的靠近A′_w一侧的曲线的点的X坐标呈单调分布，如果不满足则缩小距离L₂的值，直到满足条件为止。并记落在内的曲线上的点从左到右依次为C₁，C₂…C_m。距离L的初始值为线段A_qA_w的长度的某一百分比，不超过30％。

(10)使用对分法求过点M′_n且斜率为k′_w的直线与曲线C₁C_m交点，则该交点就是尾缘点，记为A′_T。

(11)将点A′_L和点A′_T回转α角度，则得到叶轮叶片的真实的前缘点和尾缘点。

上述技术方案具有如下有益效果：本发明叶轮机械叶片前缘点和尾缘点的精确计算方法根据叶片型线弦长方向最长的特点，先假定一个前缘点(尾缘点)，并避免了使用三次样条曲线拟合方法拟合时，由于前缘(尾缘)位于拟合曲线的两端部而造成的拟合误差过大的问题。本计算方法具有简便、快速、计算精度高等优点，在实际工程应用计算中前缘点和尾缘点坐标的精度可控制在10^-4mm甚至更小。应用本发明的方法确定的前缘点和尾缘点精度相比传统方法精度可以提高0.3％以上(以弦长计算)，而且由于前缘点和尾缘点决定了叶片的进出口角，应用本方法获得的角度相比传统方法精确约5-10°，相对误差提高10％以上，而同时计算速速与传统方法保持相当。该方法的应用提高了叶轮机械分析、设计工作精度，为叶轮机械叶型改进优化提供了精确的优化目标，降低了对试验的依赖。

以上对本发明实施例所提供的叶轮叶片缘点的获取方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种叶轮叶片缘点的获取方法，其特征在于：

步骤一，建立平面坐标系；

步骤二，读取叶片平面型线的坐标数据；

步骤三，获取叶片平面型线的中弧线M₁M_n；

步骤四，获取叶片平面型线中距离最远的两个点的坐标数据，获得最长线段A_qA_w，该线段与X轴的夹角为α；

步骤五，将所述中弧线M₁M_n及所述叶片平面型线，以坐标原点为圆心，旋转角度α，获得线段M′₁M′_n及旋转后的叶片平面型线，旋转后最长线段为A′_qA′_w，计算中弧线M′₁M′_n两端点处的切线斜率k′_q和k′_w；

步骤六，设定距离L₁，判断落在内的靠近A′_q一侧的曲线的点的X坐标是否呈单调分布，若是，获得曲线上的点B₁，B₂…B_m，若否，重新设定距离L₁，重复步骤六；

步骤七，设定距离L₂，判断落在内的靠近A′_w一侧的曲线的点的X坐标是否呈单调分布，若是，获得曲线上的点C₁，C₂…C_m…B′_m，若否，重新设定距离L₂，重复步骤七；

步骤八，拟合曲线B₁B_m或C₁C_m；

步骤九，计算过点M′₁，且斜率为k′_q的直线，获得所述直线与曲线B₁B_m的交点A′_L；计算过点M′_n，且斜率为k′_w的直线，获得所述直线与曲线C₁C_m的交点A′_T；

步骤十，将线段A′_LA′_T回转角度α，获得缘点坐标。

2.如权利要求1所述的叶轮叶片缘点的获取方法，其特征在于：所述步骤六和步骤七中，距离L₁和L₂的初始值为线段A_qA_w的长度的某一百分比，不超过30％。

3.如权利要求1所述的叶轮叶片缘点的获取方法，其特征在于：所述步骤四中，角度α的值被设定为，当线段A_qA_w旋转角度α后，使得旋转后的线段A′_qA′_w呈水平状态。

4.如权利要求1所述的叶轮叶片缘点的获取方法，其特征在于：所述步骤七中，用三次样条曲线方法拟合曲线B₁B_m或C₁C_m。