CN114444342A - 一种离心叶轮和涡轮叶片叶型冷热态快速转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心叶轮和涡轮叶片叶型冷热态快速转换方法，该方法主要针对迭代过程中，叶型各造型截面控制点变形计算量大的问题，综合考虑考气动载荷、虑温度场和离心载荷，通过计算各造型截面中弧线的变形，线性插值得到各造型截面控制点的变形。这样既保证了转化精度，同时又能解决变形输出点计算量大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及心叶轮和涡轮叶片设计技术领域，特别是涉及一种离心叶轮和涡轮叶片叶型冷热态快速转换方法。
背景技术
发动机离心叶轮压气机或涡轮完成气动设计后，所给出的流道和叶型是设计点的热态尺寸，而根据设计模型加工的零件应是冷态模型。如果直接按照热态模型加工，离心叶轮压气机或涡轮转子工作状态下会发生变形，特别是涡轮转子在气动载荷、高温和离心载荷下会发生显著变形，这些变形会对部件的气动性能产生影响，偏离设计点的性能。
现有常规的准确性较高的冷热态转换方法是：(1)考虑考虑温度场和离心载荷，以叶型各造型截面重心为变形输出点，建立笛卡尔坐标系，对各截面控制点进行三个方向的坐标换算，然后迭代得到满足精度的冷态模型：(2)另一种精度更高、但计算量更大的方法是，考虑考气动载荷、虑温度场和离心载荷，将无序排列的有限元网格节点投影到造型截面，以投影点进行变形输出，再进行三维差值得到各控制点的变形，然后迭代得到满足精度的冷态模型。
虽然此两种方法可以得到较高精度的冷态模型，但第一种转换方法对于轴流叶片精度基本能保证，但对于离心叶轮和向心涡轮叶片精度难以保证；第二种方法虽然精度高但计算量大，花费时间多，在工程实际中难以满足快速转换的需求。
发明内容
为克服冷热态转化高精度和计算量大相矛盾的问题，本发明提出了一种对压气机叶轮或涡轮叶型进行快速冷热态转换的方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供了一种对压气机叶轮或涡轮叶型进行快速冷热态转换的方法，其包括：步骤1：通过各造型截面中弧线形成的曲面将涡轮转子叶片三维模型划分为压力面和吸里面；再通过造型截面进一步细分模型；
步骤2：划分叶片有限元网格时，划分成足够数量的六面体网格；
步骤3：根据气动载荷、温度场和离心载荷，计算得到热态叶型R各造型截面中弧线的变形；
步骤4：导出各中弧线的变形，进行线性差值，得到各造型截面控制点的变形δ1，用热态叶型R的各控制点坐标减去δ1的各坐标变形，即得到初次转换的冷态叶型L1；
步骤5：由初次的冷态叶型L1转换成计算热态叶型R1，并与理论热态叶型R进行对比，计算偏差；
步骤6：偏差超过要求值，用热态叶型R减去冷态叶型L1的变形δ2，得到冷态叶型L2，并由冷态叶型L2转换得到R2，再次与理论热态叶型R进行对比，计算偏差；
步骤7：迭代计算，当计算热态叶型Rn和理论热态叶型R误差在要求范围内时，完成冷热态转换。
本发明的有益效果为：本发明提出了一种对压气机叶轮或涡轮叶型进行快速冷热态转换的方法。该方法主要针对迭代过程中，叶型各造型截面控制点变形计算量大的问题，综合考虑考气动载荷、虑温度场和离心载荷，通过计算各造型截面中弧线的变形，线性插值得到各造型截面控制点的变形。这样既保证了转化精度，同时又能解决变形输出点计算量大的问题。
附图说明
图1为涡轮叶片的结构示意图。
图2为涡轮叶片的网格划分示意图。
图3为涡轮叶片的受力分析示意图。
图4为涡轮叶片造型截面控制点的示意图
图5为涡轮叶片在冷热两种状态下偏差差异的示意图.
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1～图3所示，本发明提供了一种对压气机叶轮或涡轮叶型进行快速冷热态转换的方法，该方法主要针对迭代过程中，叶型各造型截面控制点变形计算量大的问题，综合考虑考气动载荷、虑温度场和离心载荷，通过计算各造型截面中弧线的变形，线性插值得到各造型截面控制点的变形。这样既保证了转化精度，同时又能解决变形输出点计算量大的问题。
本发明已经应用于某涡喷发动机发动机的离心叶轮、涡轮转子，以及某涡轴发动机动力涡轮冷热态转换。
下面结合某涡轮转子冷热态转换过程，说明该方法的主要步骤：步骤1：通过各造型截面中弧线形成的曲面将涡轮转子叶片三维模型划分为压力面和吸里面；再通过造型截面进一步细分模型；
步骤2：划分叶片有限元网格时，划分成足够数量的六面体网格；
步骤3：根据气动载荷、温度场和离心载荷，计算得到热态叶型R各造型截面中弧线的变形；
步骤4：导出各中弧线的变形，进行线性差值，得到各造型截面控制点的变形δ1，用热态叶型R的各控制点坐标减去δ1的各坐标变形，即得到初次转换的冷态叶型L1；
步骤5：由初次的冷态叶型L1转换成计算热态叶型R1，并与理论热态叶型R进行对比，计算偏差；
步骤6：偏差超过要求值，用热态叶型R减去冷态叶型L1的变形δ2，得到冷态叶型L2，并由冷态叶型L2转换得到R2，再次与理论热态叶型R进行对比，计算偏差；
步骤7：迭代计算，当计算热态叶型Rn和理论热态叶型R误差在要求范围内时，完成冷热态转换。
Claims (1)
1.一种对压气机叶轮或涡轮叶型进行快速冷热态转换的方法，其特征在于，包括：
步骤1：通过各造型截面中弧线形成的曲面将涡轮转子叶片三维模型划分为压力面和吸里面；再通过造型截面进一步细分模型；
步骤2：划分叶片有限元网格时，划分成足够数量的六面体网格；
步骤3：根据气动载荷、温度场和离心载荷，计算得到热态叶型R各造型截面中弧线的变形；
步骤4：导出各中弧线的变形，进行线性差值，得到各造型截面控制点的变形δ1，用热态叶型R的各控制点坐标减去δ1的各坐标变形，即得到初次转换的冷态叶型L1；
步骤5：由初次的冷态叶型L1转换成计算热态叶型R1，并与理论热态叶型R进行对比，计算偏差；
步骤6：偏差超过要求值，用热态叶型R减去冷态叶型L1的变形δ2，得到冷态叶型L2，并由冷态叶型L2转换得到R2，再次与理论热态叶型R进行对比，计算偏差；
步骤7：迭代计算，当计算热态叶型Rn和理论热态叶型R误差在要求范围内时，完成冷热态转换。
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