CN112883517A - 用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置，其中方法包括：基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。本发明通过翼型优化设计实现了叶轮叶片前缘的推迟初生空化。

Description

用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，尤其涉及一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置。

背景技术

当水力机械内局部区域压力降到水的汽化压力(饱和蒸汽压力)以下时，水中空泡产生、发展、溃灭的过程，以及由此产生的一系列物理化学变化，这种现象称为空化。在水力机械的运行过程中，空化问题一直是影响其运行安全性和稳定性的重要问题。当水力机械发生空化时，会造成严重的噪声、振动和材料损伤等问题，因此如何扩大水力机械无空化运行范围，推迟水力机械空化的产生，对水力机械的安全稳定运行具有非常重要的意义。

空化周期一般包括初生、发展和溃灭三个过程，在水力机械测试运行时，一般规定机组的能量参数下降到某个百分数时的临界空化来判定空化发生，但是此时机组内部可能已经产生了较大规模的空化现象，因此以临界空化为基准只能代表空化的规模不影响机组的扬程或效率等性能，却并不意味着无空化运行。理论上来讲，在空化初生之后，在其引发机组性能下降之前，已存在一定程度的空化。因此以初生空化为判据，才能以最严格的标准限制水力机械的空化，才能在优化设计中使水力机械获得更加优秀的空化性能。水力机械运行时最低压力出现的位置通常位于叶片前缘(Leading Edge，简称LE)。因此，初生空化表现为叶片前缘空化，导致了机械运行的安全性和稳定性无法保证的问题。

发明内容

本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置，用以解决目前叶轮叶片前缘的初生空化导致机械运行的安全性和稳定性无法保证的问题。

第一方面，本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，包括以下步骤：

基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

优选地，所述确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围，包括：

根据所述翼型的最大厚度值y_max在骨线方向的位置得到骨线方向上前缘几何设计范围的最大长度值x_ymax；

将前缘处在骨线上的位置点设定为O点，并将从O点沿骨线方向截取特定比列的骨线长度范围的终点设定为A点，同时保证A点处翼型的厚度值y_A≤y_max及OA段的长度值x_A≤x_ymax，得到包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围。

优选地，所述通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，包括：

判断前缘圆弧的长短轴比率值是否为1，若不是，则将骨线方向的椭圆轴x-y坐标系转换或伸缩至骨线方向的圆轴X-y坐标系，使得包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围在骨线方向上由x＝0～x_A转换至X＝0～X_A；

其中，x_A为椭圆轴x-y坐标系下OA段的长度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

优选地，所述对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计，包括：

设定厚度扩散段为直线连接及直线连接下的前缘厚度扩散角δ_s，并基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，以完成圆轴X-y坐标系下的前缘圆弧设计；

确定骨线方向的圆轴X-y坐标系下的厚度扩散函数δ(X)，并通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数，以完成圆轴X-y坐标系下的厚度扩散段设计；

其中，X_LE-s＝r_LE·sinδ_s，δ_s为常数。

优选地，所述基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，其公式如下，

其中，

r_LE为前缘圆弧半径，y_A为A点处翼型的厚度值，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值，Δy_A为骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量。

优选地，所述骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量Δy_A的计算公式如下：

其中，y_A为A点处翼型的厚度值，y_LE为骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，r_LE为前缘圆弧半径，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数。

优选地，所述通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数的计算公式如下：

其中，

n的取值范围为n≥1，r_LE为前缘圆弧半径，k_s为厚度增量缩放系数，y_LE骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

第二方面，本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计装置，包括：

平面图生成模块，用于基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

设计范围确定模块，用于基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

坐标转换模块，用于通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩；

设计模块，用于对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

逆坐标转换模块，用于通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面所提供的任一项所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现、如上述第一方面所提供的任一项所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法的步骤。

本发明实施例提供了一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法、装置、电子设备及存储介质，通过对叶轮叶片前缘的翼型几何形状的优化设计，使得前缘附近的流动分离减弱，有助于推迟初生空化的产生和发展，以保证机械的安全稳定运行，满足机械机组完全无空化运行的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的翼型优化设计方法流程示意图；

图2是本发明提供的翼型的二维平面解构示意图；

图3是本发明提供的骨线方向的坐标转换示意图；

图4是本发明提供的基于前缘厚度扩散角的翼型局部几何特征示意图；

图5是本发明提供的翼型优化设计装置结构示意图；

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图；

附图标记：

1：前缘圆弧；2：厚度扩散段；3：厚度过渡段；

4：厚度减小段；5：最大厚度位置；6：骨线；

7：尾缘；8：椭圆；9：圆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图6描述本发明提供的一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法、装置、电子设备及存储介质。

本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤110，基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

具体地，根据叶片式水力机械的基本设计方法对水力机械进行叶片水力设计：确定叶片数Z、轴面投影图、叶片安放角β、叶片包角θ、迎角、升力系数、阻力系数和骨线总长度等基本设计参数。

步骤120，基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

具体地，对水力机械叶轮叶片的翼型厚度进行初步设计：考虑结构强度、加工工艺、叶栅稠密度等要求，确定叶片翼型的最大厚度值y_max及其在骨线x方向的位置x_ymax；以光滑变化、前缘至尾缘先增大后减小为标准，初步给定叶片厚度的设计方案。

步骤130，通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

具体地，对叶片翼型前缘几何设计范围进行“椭圆弧-圆弧”坐标转换的基础上，构建圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，并通过对厚度扩散函数δ(X)积分后得到厚度分布y(X)函数，相应地完成前缘圆弧和厚度扩散段的设计。

步骤140，通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

具体地，基于前缘圆弧的长短轴比率值R_ab，将前缘圆弧在圆轴X-y坐标系下的前缘圆弧半径r_LE转换至在椭圆轴x-y坐标系下前缘圆弧的长短轴a_LE与b_LE，同时将厚度扩散段在圆轴X-y坐标系下的厚度分布变化规律y(X)转换至在椭圆轴x-y坐标系下的y(x)，得到在椭圆轴x-y坐标系下的推迟初生空化的翼型几何形状。也即，对坐标进行“圆弧-椭圆弧”转换后，最终完成前缘圆弧与厚度扩散段的设计。

本发明实施例的方法，通过对叶轮叶片前缘的翼型几何形状的优化设计使得前缘附近的流动分离减弱，从而有效推迟机械运行时初生空化的产生和发展。本发明可用于各种水力机械叶轮叶片以及水翼的设计，对前缘为椭圆弧和圆弧都具有较好的适用性。

基于上述任一实施例，所述确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围，如图2所示，包括：

根据所述翼型的最大厚度值y_max在骨线方向的位置5得到骨线6方向上前缘几何设计范围的最大长度值x_ymax；

将前缘处在骨线上的位置点设定为O点，并将从O点沿骨线6方向截取特定比列的骨线长度范围的终点设定为A点，同时保证A点处翼型的厚度值y_A≤y_max及OA段的长度值x_A≤x_ymax，得到包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围。

具体地，在叶片翼型厚度变化的初步设计方案基础上，如图2所示，将翼型解构为前缘圆弧1(或椭圆弧)、厚度扩散段2、厚度过渡段3与厚度减小段4四个部分。翼型前缘圆弧1段(或椭圆段)可描述为角度在0°～180°之间，半径(或短轴长)为r_LE的一段弧形；厚度扩散段2为翼型前缘圆弧(或椭圆弧)之后厚度增长速度较快的部分；厚度过渡段3为最大厚度y_max位置之前厚度增长速度较慢的部分；厚度减小段4为最大厚度y_max位置之后厚度减小至尾缘7的部分。

确定叶片翼型前缘几何设计范围(OA段)：翼型解构时，需要给定前缘几何设计范围，即厚度扩散段终点A点的位置和OA段的长度。可从前缘起一定比例的厚度增大较快的骨线x范围(前5％-15％x等)为A点位置；然后可确定A点厚度y_A。

基于上述任一实施例，所述通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，包括：

判断前缘圆弧的长短轴比率值是否为1，若不是，则将骨线方向的椭圆轴x-y坐标系转换或伸缩至骨线方向的圆轴X-y坐标系，使得包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围在骨线方向上由x＝0～x_A转换至X＝0～X_A；

其中，x_A为椭圆轴x-y坐标系下OA段的长度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

具体地，对于椭圆型的叶片翼型前缘OA段(前缘椭圆弧与厚度扩散段)的长度为x_A。然后，根据下式将x坐标缩放至X坐标：

将缩放后OA段(前缘圆弧与厚度扩散段)的长度定义为X_A，即：

对叶片翼型前缘进行“椭圆弧-圆弧”坐标转换：由于叶片翼型前缘有椭圆弧和圆弧两种设计方式，同时由于圆为椭圆的一种特殊情况，因此，为了便于设计，首先假定前缘为椭圆弧，给定椭圆长短轴比R_ab(若为圆弧，则R_ab＝1)，公式如下：

式中，a_LE与b_LE分别为椭圆轴x-y坐标系下的椭圆弧长短轴。

如图3所示，由于椭圆8可视为圆9的单向等比例拉伸，因此设计时可按照长短轴比R_ab，将前缘圆弧1(椭圆弧)与厚度扩散段2部分沿x方向单向缩放，将x坐标缩放至X坐标，而厚度y方向上保持不变，缩放之后，将重新构成圆弧形式的前缘。

基于上述任一实施例，所述对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计，包括：

设定厚度扩散段为直线连接及直线连接下的前缘厚度扩散角δ_s，并基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，以完成圆轴X-y坐标系下的前缘圆弧设计；

具体地，如图4所示的基于前缘厚度扩散角δ_s的翼型局部几何特征。记A点(厚度扩散段末端厚度)处厚度为X_A。首先假设厚度扩散段为直线连接(即δ＝δ_s，δ_s为常数)，将前缘圆弧末端沿切向与A点(厚度y_A)进行连接，可得前缘圆弧末端厚度y_LE与前缘圆弧在x方向的滑移距离X_LE-s。

确定骨线方向的圆轴X-y坐标系下的厚度扩散函数δ(X)，并通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数，以完成圆轴X-y坐标系下的厚度扩散段设计；

其中，X_LE-s＝r_LE·sinδ_s，δ_s为常数。

具体地，对厚度扩散段进行设计：对于厚度扩散段需要沿翼型x方向给定变化的δ值，使得翼型几何呈现流线型变化，因此，δ在实际情况下为X的函数，即厚度扩散角函数δ(X)。

基于上述任一实施例，所述基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，其公式如下，

其中，

r_LE为前缘圆弧半径，y_A为A点处翼型的厚度值，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值，Δy_A为骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量。

基于上述任一实施例，所述骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量Δy_A的计算公式如下：

其中，y_A为A点处翼型的厚度值，y_LE为骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，r_LE为前缘圆弧半径，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数。

具体地，根据前缘圆弧r_LE与直线连接假设下的厚度扩散角δ_s可得：

X_LE-s＝r_LE·sinδ_s ； (8)

计算从前缘圆弧末端至A点的厚度增量Δy_A，可得：

最终可以获得前缘圆弧半径r_LE的完整设计：

基于上述任一实施例，所述通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数的计算公式如下：

其中，

n的取值范围为n≥1，r_LE为前缘圆弧半径，k_s为厚度增量缩放系数，y_LE骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

具体地，基于上述得到前缘圆弧末端厚度y_LE与前缘圆弧在x方向的滑移距离X_LE-s后，对厚度扩散段进行设计：对于厚度扩散段需要沿翼型x方向给定变化的δ值，使得翼型几何呈现流线型变化，因此，δ在实际情况下为X的函数，即厚度扩散角函数δ(X)。

根据翼型几何解构与定义，厚度扩散段范围为(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A。因此，厚度扩散角函数δ(X)可表达为如下形式：

式中，n的取值范围为n≥1。根据上式，当X＝(r_LE-X_LE-s)时，δ＝1；当X＝X_A时，δ＝0。前缘圆弧末端至A点之间的厚度增量Δy_A可通过下式计算：

式中，k_s为厚度增量缩放系数。因此，厚度扩散段范围内，厚度y也可表达为关于X的函数y(X)：

即完成厚度扩散段几何特征的设计。

下面对本发明提供的一种用于推迟初生空化的翼型优化设计装置进行描述，下文描述的与上文描述的一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法可相互对应参照。

本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计装置，如图5所示，该装置包括平面图生成模块510、设计范围确定模块520、坐标转换模块530、设计模块540和逆坐标转换模块550；

所述平面图生成模块510，用于基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

所述设计范围确定模块520，用于基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

所述坐标转换模块530，用于通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩；

所述设计模块540，用于对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

所述逆坐标转换模块550，用于通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

本发明实施例的装置，通过对叶轮叶片前缘的翼型几何形状的优化设计使得前缘附近的流动分离减弱，从而有效推迟机械运行时初生空化的产生和发展。本发明可用于各种水力机械叶轮叶片以及水翼的设计，对前缘为椭圆弧和圆弧都具有较好的适用性。

基于上述任一实施例，所述设计范围确定模块520具体用于：

根据所述翼型的最大厚度值y_max在骨线方向的位置得到骨线方向上前缘几何设计范围的最大长度值x_ymax；

将前缘处在骨线上的位置点设定为O点，并将从O点沿骨线方向截取特定比列的骨线长度范围的终点设定为A点，同时保证A点处翼型的厚度值y_A≤y_max及OA段的长度值x_A≤x_ymax，得到包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围。

基于上述任一实施例，所述坐标转换模块530具体用于：

判断前缘圆弧的长短轴比率值是否为1，若不是，则将骨线方向的椭圆轴x-y坐标系转换或伸缩至骨线方向的圆轴X-y坐标系，使得包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围在骨线方向上由x＝0～x_A转换至X＝0～X_A；

其中，x_A为椭圆轴x-y坐标系下OA段的长度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

基于上述任一实施例，所述设计模块540具体用于：

设定厚度扩散段为直线连接及直线连接下的前缘厚度扩散角δ_s，并基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，以完成圆轴X-y坐标系下的前缘圆弧设计；

确定骨线方向的圆轴X-y坐标系下的厚度扩散函数δ(X)，并通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数，以完成圆轴X-y坐标系下的厚度扩散段设计；

其中，X_LE-s＝r_LE·sinδ_s，δ_s为常数。

基于上述任一实施例，所述基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，其公式如下，

其中，

r_LE为前缘圆弧半径，y_A为A点处翼型的厚度值，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值，Δy_A为骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量。

基于上述任一实施例，所述骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量Δy_A的计算公式如下：

其中，y_A为A点处翼型的厚度值，y_LE为骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，r_LE为前缘圆弧半径，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数。

基于上述任一实施例，所述通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数的计算公式如下：

其中，

n的取值范围为n≥1，r_LE为前缘圆弧半径，k_s为厚度增量缩放系数，y_LE骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

本发明实施例通过对叶轮叶片前缘的翼型几何形状的优化设计使前缘附近的流动分离减弱，优化后的叶片前缘几何形状使前缘附近的流动分离减弱，特别是非设计工况下，压力下降趋于平缓。优化后叶片前缘处的最低压力提高，可以有效推迟初生空化的产生和发展。因此，该优化设计方法对改善水力机械的初生空化性能具有很好的效果，有助于推迟水力机械初生空化的产生和发展，以保证水力机械的安全稳定运行，满足水力机械机组完全无空化运行的要求。

图6为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，该方法包括：基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，该方法包括：基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，该方法包括：基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

2.根据权利要求1所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，所述确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围，包括：

根据所述翼型的最大厚度值y_max在骨线方向的位置得到骨线方向上前缘几何设计范围的最大长度值x_ymax；

将前缘处在骨线上的位置点设定为O点，并将从O点沿骨线方向截取特定比列的骨线长度范围的终点设定为A点，同时保证A点处翼型的厚度值y_A≤y_max及OA段的长度值x_A≤x_ymax，得到包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围。

3.根据权利要求1所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，所述通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，包括：

判断前缘圆弧的长短轴比率值是否为1，若不是，则将骨线方向的椭圆轴x-y坐标系转换或伸缩至骨线方向的圆轴X-y坐标系，使得包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围在骨线方向上由x＝0～x_A转换至X＝0～X_A；

其中，x_A为椭圆轴x-y坐标系下OA段的长度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

4.根据权利要求3所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，所述对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计，包括：

设定厚度扩散段为直线连接及直线连接下的前缘厚度扩散角δ_s，并基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，以完成圆轴X-y坐标系下的前缘圆弧设计；

确定骨线方向的圆轴X-y坐标系下的厚度扩散函数δ(X)，并通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数，以完成圆轴X-y坐标系下的厚度扩散段设计；

其中，X_LE-s＝r_LE·sinδ_s，δ_s为常数。

5.根据权利要求4所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，所述基于骨线方向的圆轴X-y坐标系构建前缘圆弧半径r_LE，其公式如下，

其中，

r_LE为前缘圆弧半径，y_A为A点处翼型的厚度值，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值，Δy_A为骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量。

6.根据权利要求5所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，所述骨线方向上前缘圆弧末端至A点的厚度值增量Δy_A的计算公式如下：

其中，y_A为A点处翼型的厚度值，y_LE为骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，r_LE为前缘圆弧半径，δ_s为前缘厚度扩散角且为常数。

7.根据权利要求4所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，其特征在于，所述通过对所述厚度扩散函数δ(X)积分得到在(r_LE-X_LE-s)≤X≤X_A范围内的厚度分布y(X)函数的计算公式如下：

其中，

n的取值范围为n≥1，r_LE为前缘圆弧半径，k_s为厚度增量缩放系数，y_LE骨线方向上前缘圆弧末端处翼型的厚度值，X_A为圆轴X-y坐标系下OA段的长度值。

8.一种用于推迟初生空化的翼型优化设计装置，其特征在于，包括：

平面图生成模块，用于基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

设计范围确定模块，用于基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

坐标转换模块，用于通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩；

设计模块，用于对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

逆坐标转换模块，用于通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述用于推迟初生空化的翼型优化设计方法的步骤。

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