CN116050031B - 轴流叶轮叶片设计方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

轴流叶轮叶片设计方法、装置、存储介质及电子设备 Download PDF

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CN116050031B CN202310345361.9A CN202310345361A CN116050031B CN 116050031 B CN116050031 B CN 116050031B CN 202310345361 A CN202310345361 A CN 202310345361A CN 116050031 B CN116050031 B CN 116050031B
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Abstract

本申请属于轴流叶轮机械设计技术领域，涉及一种轴流叶轮叶片设计方法、装置、存储介质及电子设备。方法包括：确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和第一空间曲线参数确定前缘积叠线，并基于多元空间曲线方程和第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；根据前缘积叠线和尾缘积叠线构建空间曲面，并在空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；基于基元截面叶片型线、前缘积叠线和尾缘积叠线构建叶片模型；将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。本申请能够提高叶轮机械的设计精度和效率、气动效率，并降低噪声值。

Description

轴流叶轮叶片设计方法、装置、存储介质及电子设备
技术领域
本申请涉及轴流叶轮机械设计技术领域，特别涉及一种轴流叶轮叶片设计方法、轴流叶轮叶片设计装置、计算机存储介质及电子设备。
背景技术
轴流叶轮是指机械运作的工作液体沿着轴向流动的叶轮。随着社会经济的快速发展，轴流叶轮主要应用于压缩机、风机、涡轮等机械设计中，水或空气的流动一方面沿轴前进，另一方面还跟着叶轮旋转。
目前轴流叶轮机械的主流设计方法依然是基于二维平面的平面叶栅法，主要设计思路是先确定叶片翼型轮廓，再沿着单一积叠线（前缘积叠线、尾缘积叠线、重心积叠线或喉道中心积叠线）进行平移，形成叶片几何模型。在实际使用过程中这种设计方法存在设计周期长、优化空间小、自由度低、叶轮噪声值较高的问题。
需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解。
发明内容
本申请的目的在于提供一种轴流叶轮叶片设计方法、轴流叶轮叶片设计装置、计算机存储介质及电子设备，进而至少在一定程度上缩短轴流叶轮机械的设计周期，并提升优化空间和自由空间，降低叶轮噪声值。
本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。
根据本申请的第一方面，提供一种轴流叶轮叶片设计方法，包括：
确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；其中，所述前缘积叠线根据公式（1）确定：
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基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型；
将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。
根据本申请的第二方面，提供一种轴流叶轮叶片设计装置，包括：
积叠线确定模块，用于确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；其中，所述前缘积叠线根据公式（1）确定：
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用于对照径向和子午向投影视图调节所述尾缘积叠线的弯、掠程度；
基元截面叶片型线构建模块，用于根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；
叶片模型构建模块，用于基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型；
叶片确定模块，用于将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。
在本申请的一个实施例中，所述基元截面叶片型线构建模块包括：空间曲面形成单元，用于将所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线位于同一侧的端点连接，以形成所述空间曲面；基元截面叶片型线构建单元，用于以轮毂中心线为轴设置多个等距同轴圆柱面作为基元截面，根据所述基元截面和所述空间曲面构建所述基元截面叶片型线。
在本申请的一个实施例中，所述基元截面叶片型线构建单元包括：叶型弦长生成单元，用于将所述基元截面与所述空间曲面的相交线在对应的基元截面的切向平面进行投影，以生成叶型弦长；中弧线生成单元，用于在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述叶型弦长上设置等分点，根据所述等分点构建中弧线；叶型轮廓点构建单元，用于在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述中弧线上设置分割点，根据所述分割点构建叶型轮廓点；面型线构建单元，用于基于所述中弧线、前缘点、尾缘点和所述叶型轮廓点拟合形成压力面型线和吸力面型线；叶型生成单元，用于根据所述压力面型线和所述吸力面型线生成所述基元截面叶片型线。
在本申请的示例性实施例中，所述中弧线生成单元配置为：在所述等分点处构建所述叶型弦长的垂线，通过样条曲线依次连接所述前缘点、所述垂线的端点和所述尾缘点以生成所述中弧线。
在本申请的示例性实施例中，所述叶型轮廓点构建单元配置为：基于所述分割点构建垂直于所述中弧线的垂线，以所述垂线上的垂足为中心并两边对称设置两个点作为所述叶型轮廓点。
在本申请的示例性实施例中，所述面型线构建单元配置为：将所述前缘点、所述中弧线一侧向内凹的所有所述叶型轮廓点和所述尾缘点通过样条曲线拟合形成所述压力面型线；将所述前缘点、所述中弧线另一侧向外凸的所有所述叶型轮廓点和所述尾缘点通过样条曲线拟合形成所述吸力面型线。
在本申请的示例性实施例中，所述叶型生成单元配置为：将所述压力面型线和所述吸力面型线合并形成完整的叶片型线；将所述叶片型线投影至对应的基元截面，以生成所述基元截面叶片型线。
在本申请的示例性实施例中，所述叶片模型构建模块配置为：以所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线为引导线，在所述前缘积叠线、所述尾缘积叠线、所述叶根基元截面叶片型线和所述叶顶基元截面叶片型线组成的待放样区沿叶根到叶顶的方向依次放样，以构建所述叶片模型。
在本申请的示例性实施例中，所述叶片确定模块配置为：当所述叶片模型与所述目标叶片模型不匹配时，调整所述第一空间曲线参数和所述第二空间曲线参数，或者，调整所述基元截面叶片型线在平面投影中的几何参数，直至更新后的所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配。
根据本申请的第三方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的轴流叶轮叶片设计方法。
根据本申请的第四方面，提供一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述的轴流叶轮叶片设计方法。
由上述技术方案可知，本申请示例性实施例中的轴流叶轮叶片设计方法、轴流叶轮叶片设计装置、计算机存储介质及电子设备至少具备以下优点和积极效果：
本申请中的轴流叶轮叶片设计方法，首先确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和第一空间曲线参数确定前缘积叠线，并基于多元空间曲线方程和第二空间曲线参数确定尾缘积叠线；接着，根据前缘积叠线和尾缘积叠线构建空间曲面，并在空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；然后基于基元截面叶片型线、前缘积叠线和尾缘积叠线构建叶片模型；最后将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。本申请中的轴流叶轮叶片设计方法，一方面可以精准对叶轮的弯掠进行控制，保证了叶片设计精度，大幅提高叶轮机械的设计效率，压缩了设计周期；另一方面，能够大幅增加叶轮三元优化空间，保证了设计自由度，提高了叶轮机械的气动效率；再一方面可以保证所设计的叶片表面曲率过渡均匀，进而保证叶轮机械在相同压升下具有较低的噪声值。
本申请应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示意性地示出了应用本申请实施例中轴流叶轮叶片设计方法的系统架构的结构示意图。
图2示意性地示出了本申请实施例中轴流叶轮叶片设计方法的流程示意图。
图3示意性地示出了本申请实施例中空间曲面的界面示意图。
图4示意性地示出了本申请实施例中基元截面的界面示意图。
图5示意性地示出了本申请实施例中根据基元截面和空间曲面构建基元截面叶片型线的流程示意图。
图6示意性地示出了本申请实施例中基元截面与空间曲面相交形成空间曲线的界面示意图。
图7示意性地示出了本申请实施例中叶型弦长的界面示意图。
图8示意性地示出了本申请实施例中中弧线的界面示意图。
图9示意性地示出了本申请实施例中构建叶型轮廓点的界面示意图。
图10示意性地示出了本申请实施例中基元截面叶片型线的界面示意图。
图11示意性地示出了本申请实施例中叶片模型的构造界面示意图。
图12示意性地示出了本申请中轴流叶轮叶片设计装置的结构框图。
图13示意性示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统结构框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
图1示意性示出了应用本申请实施例中轴流叶轮叶片设计方法的系统架构的结构示意图。
如图1所示，系统架构100可以包括终端设备101、服务器102和网络103。其中，终端设备101可以包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、智能电视、智能车载终端等各种具有显示屏幕的电子设备。服务器102可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云计算服务的云服务器。网络103可以是能够在终端设备101和服务器102之间提供通信链路的各种连接类型的通信介质，例如可以是有线通信链路或者无线通信链路。
在本申请的示例性实施例中，用户通过终端设备101设置与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，通过网络103可以将第一空间曲线参数和第二空间曲线参数发送至服务器102，服务器102基于多元空间曲线方程和该第一空间曲线参数可以确定得到前缘积叠线，并基于多元空间曲线方程和该第二空间曲线参数确定得到尾缘积叠线；接着根据前缘积叠线和尾缘积叠线可以构建一空间曲面，并在该空间曲面中可以构建多个基元截面叶片型线；然后基于构建的基元截面叶片型线、前缘积叠线和尾缘积叠线可以构建叶片模型；最后将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当叶片模型与目标叶片模型匹配时，将叶片模型作为目标叶片；当叶片模型与目标叶片模型不匹配时，调整第一空间曲线参数和第二空间曲线参数，或者，调整基元截面叶片型线在平面投影中的几何参数，直至更新后的叶片模型与目标叶片模型匹配。
当然，本申请实施例中的轴流叶轮叶片设计方法还可以由终端设备101执行，也就是说，终端设备101在接收到用户配置的第一空间曲线参数和第二空间曲线参数后，可以执行上述实施例中服务器所执行的流程，以获取目标叶片。
根据实现需要，本申请实施例中的系统架构可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。例如，服务器可以是由多个服务器设备组成的服务器群组。
下面结合具体实施方式对本申请提供的轴流叶轮叶片设计方法、轴流叶轮叶片设计装置、计算机可读介质以及电子设备等技术方案做出详细说明。
图2示出了轴流叶轮叶片设计方法的流程示意图，如图2所示，轴流叶轮叶片设计方法包括：
步骤S210：确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；
步骤S220：根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；
步骤S230：基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型；
步骤S240：将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。
本申请中的轴流叶轮叶片设计方法，首先确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和第一空间曲线参数确定前缘积叠线，并基于多元空间曲线方程和第二空间曲线参数确定尾缘积叠线；接着，根据前缘积叠线和尾缘积叠线构建空间曲面，并在空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；然后基于基元截面叶片型线、前缘积叠线和尾缘积叠线构建叶片模型；最后将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。本申请中的轴流叶轮叶片设计方法，一方面可以精准对叶轮的弯掠进行控制，保证了叶片设计精度，大幅提高叶轮机械的设计效率，压缩了设计周期；另一方面，能够大幅增加叶轮三元优化空间，保证了设计自由度，提高了叶轮机械的气动效率；再一方面可以保证所设计的叶片表面曲率过渡均匀，进而保证叶轮机械在相同压升下具有较低的噪声值。
下面对图2所示的轴流叶轮叶片设计方法的各个步骤进行详细说明。
在步骤S210中，确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线。
在本申请的示例性实施例中，轴流叶轮叶片包括压力面、吸力面、前缘、尾缘、叶顶和叶根，在设计轴流叶轮叶片时，可以基于前缘积叠线和尾缘积叠线进行叶片设计。在本申请的实施例中，前缘积叠线和尾缘积叠线可以根据多元方程空间曲线进行设计，这样可以大幅增加叶轮的三元优化空间，保证叶轮的设计效率。
在本申请的示例性实施例中，在设计前缘积叠线和尾缘积叠线时，首先需要确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和第二空间曲线参数，接着基于多元空间曲线方程和第一空间曲线参数可以得到前缘积叠线，基于多元空间曲线方程和第二空间曲线参数可以得到尾缘积叠线。
其中，设计前缘积叠线和尾缘积叠线所采用的多元空间曲线方程的表达式一样，只是对应的参数值不同，并且对于前缘积叠线或者尾缘积叠线，各个空间维度对应的多元方程的表达式也一样，只是参数的取值不同。
在本申请的示例性实施例中，可以根据公式（1）计算得到前缘积叠线：
Figure SMS_161
(1)
其中，
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为所述第一空间曲线参数所在直角坐标系中的坐标值；/>
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用于对照径向和子午向投影视图调节所述前缘积叠线的弯、掠程度。
同时，可以根据公式（2）确定尾缘积叠线：
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(2)
其中，
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用于对照径向和子午向投影视图调节所述尾缘积叠线的弯、掠程度。
值得说明的是，第一空间曲线参数和第二空间曲线参数位于同一直角坐标系中。
在本申请的示例性实施例中，第一空间曲线参数和第二空间曲线参数不完全相同，作为优选实施例，可以设定第一空间曲线参数为：
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Figure SMS_242
、
Figure SMS_243
、
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、
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，相应地，前缘积叠线对应的方程式为：
Figure SMS_246
同时，还可以设置尾缘积叠线对应的第二空间曲线的参数为：
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、
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Figure SMS_249
、
Figure SMS_250
、
Figure SMS_251
，相应地，尾缘积叠线对应的方程式为：
Figure SMS_252
在步骤S220中，根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线。
在本申请的示例性实施例中，在确定前缘积叠线和尾缘积叠线后，可以将前缘积叠线和尾缘积叠线位于同侧的端点相连，形成一个空间曲面，图3示意性示出了空间曲面的界面示意图，如图3所示，S1为前缘积叠线，S2为尾缘积叠线，由S1和S2形成的封闭曲面为空间曲面S。
在本申请的示例性实施例中，在构建得到空间曲面后，可以基于其构建多个基元截面叶片型线。具体地，可以以轮毂中心线为轴设置多个等距同轴圆柱面作为基元截面，然后根据基元截面和空间曲面构建基元截面叶片型线。图4示意性示出了基元截面的界面示意图，如图4所示：L为轮毂中心线，以L为轴可以设置5个等距同轴圆柱面，A1为叶顶基元截面、A5为叶根基元截面、A2-A4为圆柱面与叶片相交形成的基元截面。
进一步地，图5示意性示出了根据基元截面和空间曲面构建基元截面叶片型线的流程示意图，该流程至少包括步骤S501-S505，具体地：
在步骤S501中，将所述基元截面与所述空间曲面的相交线在对应的基元截面的切向平面进行投影，以生成叶型弦长。
在本申请的示例性实施例中，以叶轮的轮毂中心线为轴做n个等距的同轴圆柱面作为n个基元截面，该n个基元截面至少包括叶尖基元截面和叶根基元截面，n个基元截面与空间曲面相交，交线为n条空间曲线，接着，将n条空间曲线分别在其对应的基元截面的切向平面进行投影形成n(n≥2)个平面曲线，连接每个平面曲线两个端点即可构造得到叶型弦长，得到n个叶型弦长。
图6示意性示出了基元截面与空间曲面相交形成空间曲线的界面示意图，如图6所示，虚线所示为基元截面，5个基元截面和空间曲面S相交形成5条空间曲线s1、s2、s3、s4和s5。
图7示意性示出了叶型弦长的界面示意图，如图7所示，虚线所示为基元截面的切向平面，空间曲线s1、s2、s3、s4和s5在所对应的基元截面的切向平面上投影形成平面曲线，通过连接每个平面曲线两个端点构造叶型弦长，得到5个弦长t1、t2、t3、t4和t5。
在步骤S502中，在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述叶型弦长上设置等分点，根据所述等分点构建中弧线。
在本申请的示例性实施例中，可以在每个弦长对应的基元截面的切向平面上，给弦长上设置m(m≥1)个等分点，并且在弦长等分点处做弦长垂线，分别确定m条垂线长度，并通过样条曲线依次连接前缘点、弦长垂线端点和尾缘点以构造中弧线。
图8示意性示出了中弧线的界面示意图，如图8所示，端点L1和T1之间的直线为叶型弦长t，在叶型弦长t上设置有5个等分点a1、a2、a3、a4和a5，基于各个等分点做弦长垂线，得到5条垂线，分别确定该5条垂线的长度为h1、h2、h3、h4和h5，相应地，该5条垂线另一端的端点分别为M1、M2、M3、M4和M5，接着采用样条曲线连接L1、M1、M2、M3、M4、M5和T1即可形成中弧线M。
在步骤S503中，在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述中弧线上设置分割点，根据所述分割点构建叶型轮廓点。
在本申请的示例性实施例中，在每个叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，给中弧线上设置k(k≥1)个点，过点做垂直中弧线的k条垂线，在每个垂线上以垂足为中心两边对称取两个点作为叶型轮廓点，从而得到2k个叶型轮廓点。
图9示意性示出了构建叶型轮廓点的界面示意图，如图9所示，在中弧线M上取5个点，分别为M1、M2、M3、M4和M5，接着基于M1、M2、M3、M4和M5分别作垂直与中弧线M的垂线，在每条垂线上以垂足为中心，两边对称取两个点，可以得到图中所示的S1、P1、S2、P2、S3、P3、S4、P4、S5和P5，该些点即为叶型轮廓点。
在本申请的示例性实施例中，在以每条垂线上的垂足为中心取两边对称的叶型轮廓点时，可以采用具体的数值进行选取，即根据固定数值确定叶型轮廓点，也可以根据预设比例系数确定垂足与叶型轮廓点之间的距离，该预设比例系数是距离与对应叶型弦长的比例系数，当叶型弦长确定后，即可根据叶型弦长和预设比例系数得到垂足和叶型轮廓点之间的距离，进而确定叶型轮廓点的位置。其中，比例系数可以设置为0.005~0.1之间的任意数值，本申请实施例对此不作具体限定。
在步骤S504中，基于所述中弧线、前缘点、尾缘点和所述叶型轮廓点拟合形成压力面型线和吸力面型线。
在本申请的示例性实施例中，以中弧线为界，将前缘点、中弧线一侧向内凹的K个叶型轮廓点和尾缘点用样条曲线拟合成压力面型线；然后前缘点、中弧线另一侧向外凸的K个叶型轮廓点和尾缘点用样条曲线拟合成吸力面型线。继续以图9为例，将前缘点L1、中弧线上侧的5个叶型轮廓点和尾缘点T1用样条曲线拟合成吸力面型线PL，将前缘点L1、中弧线下侧的5个叶型轮廓点和尾缘点T1用样条曲线拟合成压力面型线SL。在本申请的一个实施例中，先形成压力面型线，然后再形成吸力面型线。
在步骤S505中，根据所述压力面型线和所述吸力面型线生成所述基元截面叶片型线。
在本申请的示例性实施例中，将压力面型线和吸力面型线合并形成完整的叶片型线，然后将叶片型线投影至对应的基元截面，即可生成基元截面叶片型线。
图10示意性示出了基元截面叶片型线的界面示意图，如图10所示，l1为叶根基元截面叶片型线，l5为叶尖基元截面叶片型线，l2-l4为中间基元截面叶片型线。
进一步地，在得到完整的叶片型线后，可以在连接处即前缘点、尾缘点做倒圆处理，然后再将倒圆处理后的叶片型线投影至对应的基元截面，以生成基元截面叶片型线。这样进一步保证了叶片的表面曲率的过渡均匀，降低了叶轮的噪声值。
在本申请的示例性实施例中，对应不同的轴流叶轮机械，所选的叶型不同，例如当轴流叶轮机械为压缩机、风机、水泵等增压设备时，可以选用参数化的NACA翼型、C4、双圆弧、多圆弧、贝塞尔曲线等叶型；当轴流叶轮机械为燃气涡轮、汽轮机等降压设备时，可以选用参数化的对称叶型和贝塞尔叶型。
在步骤S230中，基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型。
在本申请的示例性实施例中，在获取基元截面叶片型线后，可以基于基元截面叶片型线、前缘积叠线和尾缘积叠线构建叶片模型。具体地，可以以前缘积叠线和尾缘积叠线作为引导线，在前缘积叠线、尾缘积叠线、叶根基元截面叶片型线和叶顶基元截面叶片型线组成的待放样区沿叶根到叶顶的方向依次放样，以构建叶片模型。这样能够输出更复杂的叶型形状。
图11示意性示出了叶片模型的构造界面示意图，如图11所示，前缘积叠线S1和尾缘积叠线S2为引导线，用于限定待放样区域的左右边界，叶根基元截面叶片型线和叶顶基元截面叶片型线用于限定待放样区域的上下边界，在待放样区域中沿叶根至叶顶的方向依次放样积叠即可形成叶片模型。
在步骤S240中，将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。
在本申请的示例性实施例中，为了评判设计得到的叶片模型是否符合设计目标，可以将叶片模型与目标叶片模型进行比对，当叶片模型与目标叶片模型匹配时，将设计的叶片模型作为目标叶片，用于生产加工；当叶片模型与目标叶片模型不匹配时，可以调整第一空间曲线参数和第二空间曲线参数，或者，调整基元截面叶片型线在平面投影中的几何参数，直至更新后的叶片模型与目标叶片模型匹配。其中，目标叶片模型是具有高气动效率和低噪音值的叶轮机械所对应的叶片模型；基元截面叶片型线在平面投影中的几何参数包括：安装角、弦长、厚度、入口几何角、出口几何角、中弧线相对弯度等等，通过调节该些几何参数可以调整叶片的形状。
在本申请的示例性实施例中，在对第一空间曲线参数和第二空间曲线参数进行调整时，可以通过观察前缘积叠线和尾缘积叠线在径向和子午面方向的投影视图进行参数调整。一般情况下，调节t可以对照径向和子午向投影视图对前缘积叠线和尾缘积叠线长度进行修改；调节Φ可以对照径向和子午向投影视图对前缘积叠线和尾缘积叠线的起始位置进行修改；调节A、B、a、b可以对照径向和子午向投影视图对前缘积叠线和尾缘积叠线的弯、掠程度进行修改。
本申请实施例中的轴流叶轮叶片设计方法中，首先确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和第一空间曲线参数确定前缘积叠线，并基于多元空间曲线方程和第二空间曲线参数确定尾缘积叠线；接着，根据前缘积叠线和尾缘积叠线构建空间曲面，并在空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；然后基于基元截面叶片型线、前缘积叠线和尾缘积叠线构建叶片模型；最后将叶片模型与目标叶片模型进行比对，并根据比对结果确定目标叶片。本申请中的轴流叶轮叶片设计方法主要以多元方程空间曲线设计的轴流叶轮叶片的前缘积叠线和尾缘积叠线，同时给定n(n≥2)个基元截面（必须包括叶根基元截面和叶顶基元截面），通过联合优化前缘积叠线、尾缘积叠线和基元截面叶型完成叶片设计，相对于传统平面叶栅法，本申请中的轴流叶轮叶片设计方法，一方面可以通过多元空间曲线方程精准对叶轮的弯掠进行控制，保证了叶片设计精度，大幅提高叶轮机械的设计效率，压缩了设计周期；另一方面，通过先设定前缘积叠线和尾缘积叠线，再基于前缘积叠线和尾缘积叠线进行叶片设计，能够大幅增加叶轮三元优化空间，保证了设计自由度，提高了叶轮机械的气动效率；再一方面可以保证所设计的叶片表面曲率过渡均匀，进而保证叶轮机械在相同压升下具有较低的噪声值。
本申请还提供了一种轴流叶轮叶片设计装置，图12示出了轴流叶轮叶片设计装置的结构框图，如图12所示，轴流叶轮叶片设计装置1200可以包括：积叠线确定模块1201、基元截面叶片型线构建模块1202、叶片模型构建模块1203和叶片确定模块1204。其中：
积叠线确定模块1201，用于确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；其中，所述前缘积叠线根据公式（1）确定：
Figure SMS_253
(1)
其中，
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所述尾缘积叠线根据公式（2）确定：
Figure SMS_293
(2)
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基元截面叶片型线构建模块1202，用于根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；
叶片模型构建模块1203，用于基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型；
叶片确定模块1204，用于将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。
在本申请的一个实施例中，所述基元截面叶片型线构建模块1202包括：空间曲面形成单元，用于将所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线位于同一侧的端点连接，以形成所述空间曲面；基元截面叶片型线构建单元，用于以轮毂中心线为轴设置多个等距同轴圆柱面作为基元截面，根据所述基元截面和所述空间曲面构建所述基元截面叶片型线。
在本申请的一个实施例中，所述基元截面叶片型线构建模块1202包括：叶型弦长生成单元，用于将所述基元截面与所述空间曲面的相交线在对应的基元截面的切向平面进行投影，以生成叶型弦长；中弧线生成单元，用于在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述叶型弦长上设置等分点，根据所述等分点构建中弧线；叶型轮廓点构建单元，用于在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述中弧线上设置分割点，根据所述分割点构建叶型轮廓点；面型线构建单元，用于基于所述中弧线、前缘点、尾缘点和所述叶型轮廓点拟合形成压力面型线和吸力面型线；叶型生成单元，用于根据所述压力面型线和所述吸力面型线生成所述基元截面叶片型线。
在本申请的示例性实施例中，所述中弧线生成单元配置为：在所述等分点处构建所述叶型弦长的垂线，通过样条曲线依次连接所述前缘点、所述垂线的端点和所述尾缘点以生成所述中弧线。
在本申请的示例性实施例中，所述叶型轮廓点构建单元配置为：基于所述分割点构建垂直于所述中弧线的垂线，以所述垂线上的垂足为中心并两边对称设置两个点作为所述叶型轮廓点。
在本申请的示例性实施例中，所述面型线构建单元配置为：将所述前缘点、所述中弧线一侧向内凹的所有所述叶型轮廓点和所述尾缘点通过样条曲线拟合形成所述压力面型线；将所述前缘点、所述中弧线另一侧向外凸的所有所述叶型轮廓点和所述尾缘点通过样条曲线拟合形成所述吸力面型线。
在本申请的示例性实施例中，所述叶型生成单元配置为：将所述吸力面型线和所述压力面型线合并形成完整的叶片型线；将所述叶片型线投影至对应的基元截面，以生成所述基元截面叶片型线。
在本申请的示例性实施例中，所述叶片模型构建模块1203配置为：以所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线为引导线，在所述前缘积叠线、所述尾缘积叠线、所述叶根基元截面叶片型线和所述叶顶基元截面叶片型线组成的待放样区沿叶根到叶顶的方向依次放样，以构建所述叶片模型。
在本申请的示例性实施例中，所述叶片确定模块1204配置为：当所述叶片模型与所述目标叶片模型不匹配时，调整所述第一空间曲线参数和所述第二空间曲线参数，或者，调整所述基元截面叶片型线在平面投影中的几何参数，直至更新后的所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本申请实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备（可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等）执行根据本申请实施方式的方法。
图13示意性地示出了用于实现本申请实施例的电子设备的计算机系统结构框图，该电子设备可以是设置于终端设备或服务器中。
需要说明的是，图13示出的电子设备的计算机系统1300仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图13所示，计算机系统1300包括中央处理器1301（Central Processing Unit，CPU），其可以根据存储在只读存储器1302（Read-Only Memory，ROM）中的程序或者从存储部分1308加载到随机访问存储器1303（Random Access Memory，RAM）中的程序而执行各种适当的动作和处理。在随机访问存储器1303中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。中央处理器1301、在只读存储器1302以及随机访问存储器1303通过总线1304彼此相连。输入/输出接口1305（Input /Output接口，即I/O接口）也连接至总线1304。
在一些实施例中，以下部件连接至输入/输出接口1305：包括键盘、鼠标等的输入部分1306；包括诸如阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）、液晶显示器（Liquid CrystalDisplay，LCD）等以及扬声器等的输出部分1307；包括硬盘等的存储部分1308；以及包括诸如局域网卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1309。通信部分1309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1310也根据需要连接至输入/输出接口1305。可拆卸介质1311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1308。
特别地，根据本申请的实施例，各个方法流程图中所描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1311被安装。在该计算机程序被中央处理器1301执行时，执行本申请的系统中限定的各种功能。
需要说明的是，本申请实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本申请实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中或网络上，包括若干指令以使得一台电子设备执行根据本申请实施方式的方法。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种轴流叶轮叶片设计方法，其特征在于，包括：
确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；其中，所述前缘积叠线根据公式（1）确定：
Figure QLYQS_1
(1)
其中，
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为所述第一空间曲线参数所在直角坐标系中的坐标值；/>
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用于对照径向和子午向投影视图调节所述前缘积叠线的弯、掠程度；
所述尾缘积叠线根据公式（2）确定：
Figure QLYQS_41
(2)
其中，
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为所述第二空间曲线参数所在直角坐标系中的坐标值；/>
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Figure QLYQS_63
用于对照径向和子午向投影视图调节所述尾缘积叠线的弯、掠程度；
根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；
基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型；
将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，当所述叶片模型与所述目标叶片模型匹配时，将所述叶片模型作为目标叶片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线，包括：
将所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线位于同一侧的端点连接，以形成所述空间曲面；
以轮毂中心线为轴设置多个等距同轴圆柱面作为基元截面，根据所述基元截面和所述空间曲面构建所述基元截面叶片型线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述基元截面和所述空间曲面构建所述基元截面叶片型线，包括：
将所述基元截面与所述空间曲面的相交线在对应的基元截面的切向平面进行投影，以生成叶型弦长；
在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述叶型弦长上设置等分点，根据所述等分点构建中弧线；
在所述叶型弦长对应的基元截面的切向平面上，在所述中弧线上设置分割点，根据所述分割点构建叶型轮廓点；
基于所述中弧线、前缘点、尾缘点和所述叶型轮廓点拟合形成压力面型线和吸力面型线；
根据所述压力面型线和所述吸力面型线生成所述基元截面叶片型线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述等分点构建中弧线，包括：
在所述等分点处构建所述叶型弦长的垂线，通过样条曲线依次连接所述前缘点、所述垂线的端点和所述尾缘点以生成所述中弧线。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述分割点构建叶型轮廓点，包括：
基于所述分割点构建垂直于所述中弧线的垂线，以所述垂线上的垂足为中心并两边对称设置两个点作为所述叶型轮廓点。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述中弧线、前缘点、尾缘点和所述叶型轮廓点拟合形成压力面型线和吸力面型线，包括：
将所述前缘点、所述中弧线一侧向内凹的所有所述叶型轮廓点和所述尾缘点通过样条曲线拟合形成所述压力面型线；
将所述前缘点、所述中弧线另一侧向外凸的所有所述叶型轮廓点和所述尾缘点通过样条曲线拟合形成所述吸力面型线。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述压力面型线和所述吸力面型线生成所述基元截面叶片型线，包括：
将所述压力面型线和所述吸力面型线合并形成完整的叶片型线；
将所述叶片型线投影至对应的基元截面，以生成所述基元截面叶片型线。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基元截面叶片型线包括叶根基元截面叶片型线和叶顶基元截面叶片型线；
所述基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型，包括：
以所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线为引导线，在所述前缘积叠线、所述尾缘积叠线、所述叶根基元截面叶片型线和所述叶顶基元截面叶片型线组成的待放样区沿叶根到叶顶的方向依次放样，以构建所述叶片模型。
9.一种轴流叶轮叶片设计装置，其特征在于，包括：
积叠线确定模块，用于确定与前缘积叠线对应的第一空间曲线参数和与尾缘积叠线对应的第二空间曲线参数，基于多元空间曲线方程和所述第一空间曲线参数确定所述前缘积叠线，并基于所述多元空间曲线方程和所述第二空间曲线参数确定所述尾缘积叠线；其中，所述前缘积叠线根据公式（1）确定：
Figure QLYQS_81
(1)
其中，
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所述尾缘积叠线根据公式（2）确定：
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(2)
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用于对照径向和子午向投影视图调节所述尾缘积叠线的弯、掠程度；
基元截面叶片型线构建模块，用于根据所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建空间曲面，并在所述空间曲面中构建多个基元截面叶片型线；
叶片模型构建模块，用于基于所述基元截面叶片型线、所述前缘积叠线和所述尾缘积叠线构建叶片模型；
叶片确定模块，用于将所述叶片模型与目标叶片模型进行比对，并根据比对结果确定目标叶片。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求 1～8中任意一项所述的轴流叶轮叶片设计方法。
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