CN116257955A - 一种叶根前缘结构模型的构建方法及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及整体叶盘设计技术领域，具体涉及一种叶根前缘结构模型的构建方法及计算机设备。本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法包括根据预设的叶根三维模型获取多个等截面高度的第一叶型截面；在各所述第一叶型截面中分别确定各所述第一叶型截面的叶型中弧线；基于预设参数在每条所述叶型中弧线的延伸线上确定前缘圆形的位置，并基于所述前缘圆形生成样条曲线；根据多个所述前缘圆形和多个所述第一叶型截面的前缘拟合生成多个第二叶型截面前缘；根据所述样条曲线及多个第二叶型截面前缘生成叶根前缘结构模型。通过实施本发明，可通过调整样条曲线和第二叶型截面前缘的形状来降低叶根前缘结构模型表面的曲率，避免出现高应力点。

Description

一种叶根前缘结构模型的构建方法及计算机设备

技术领域

本发明涉及整体叶盘设计技术领域，具体涉及一种叶根前缘结构模型的构建方法及计算机设备。

背景技术

整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体，转子叶片模型在构建时，通常采用完全参数化的叶片设计，使用关键参数(进出气角、安装角、弦长等)和样条叶型型线，控制截面叶型，再给定积叠规律实现叶片三维造型，叶片的根部和轮盘的过渡连接通常采用直接倒角的方法，但是由于这种连接方式得到的叶根前缘结构的表面曲率较大，容易出现高应力点，进而导致叶片疲劳断裂。

发明内容

因此，本发明提供一种叶根前缘结构模型的构建方法及计算机设备，以克服现有技术中的整体叶盘在构建时，叶根处仅采用倒角的方式实现叶片与轮盘的过渡连接，容易出现高应力点的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供了一种叶根前缘结构模型的构建方法，包括：根据预设的叶根三维模型获取多个等截面高度的第一叶型截面；在各所述第一叶型截面中分别确定各所述第一叶型截面的叶型中弧线；基于预设参数在每条所述叶型中弧线的延伸线上确定前缘圆形的位置，并基于所述前缘圆形生成样条曲线；根据多个所述前缘圆形和多个所述第一叶型截面的前缘拟合生成多个第二叶型截面前缘；根据所述样条曲线及多个第二叶型截面前缘生成叶根前缘结构模型。

可选地，确定各所述第一叶型截面的叶型中弧线的延伸线的过程，包括：将叶根前缘的所述叶型中弧线近似成圆弧，并将所述圆弧向所述叶根前缘的方向延伸预设长度，形成多条延伸弧。

可选地，所述基于预设参数在每条所述叶型中弧线的延伸线上确定前缘圆形的位置，并基于所述前缘圆形生成样条曲线，包括：以所述延伸弧上远离所述第一叶型截面的一端为圆心作所述前缘圆形，所述前缘圆形的半径与所述第一叶型截面上靠近所述前缘圆形的弧线所对应的半径相同；依次连接多个所述前缘圆形的圆心生成所述样条曲线。

可选地，在依次连接多个所述前缘圆形的圆心生成所述样条曲线之后，所述基于预设参数在每条所述叶型中弧线的延伸线上确定前缘圆形的位置，并基于所述前缘圆形生成样条曲线，还包括：根据所述样条曲线中各段曲线间的夹角调整所述延伸弧的弧长。

可选地，各所述前缘圆形的半径，沿远离所述叶根的方向排列的顺序，逐渐减小。

可选地，各所述延伸弧的弧长，沿远离所述叶根的方向排列的顺序，逐渐减小。

可选地，所述第二叶型截面前缘中，连接所述前缘圆形与第一叶型截面的弧线的两端分别与所述前缘圆形、所述第一叶型截面的前缘相切，且所述第二叶型截面前缘与所述第一叶型截面前缘形状匹配。

可选地，所述在各所述第一叶型截面中分别确定各所述第一叶型截面的叶型中弧线，包括：分别在各所述第一叶型截面内生成多个叶型内切圆，并依次连接所述多个叶型内切圆的圆心，形成所述叶型中弧线。

可选地，相邻的所述第一叶型截面之间的高度差相等。

本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述任一实施方式所述的叶根前缘结构模型的构建方法。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法，包括根据预设的叶根三维模型获取多个等截面高度的第一叶型截面；在各第一叶型截面中分别确定各第一叶型截面的叶型中弧线；基于预设参数在每条叶型中弧线的延伸线上确定前缘圆形的位置，并基于前缘圆形生成样条曲线；根据多个前缘圆形和多个第一叶型截面的前缘拟合生成多个第二叶型截面前缘；根据样条曲线及多个第二叶型截面前缘生成叶根前缘结构模型。

在该方法中，首先根据预设参数确定前缘圆形，根据前缘圆形生成样条曲线和第二叶型截面前缘，再通过样条曲线和第二叶型截面前缘生成叶根前缘结构模型，即叶根前缘结构模型表面的曲率由样条曲线和第二叶型截面前缘的形状决定，通过调整样条曲线和第二叶型截面前缘的形状，即可降低叶根前缘结构模型表面的曲率，进而避免在叶根前缘结构模型的表面出现高应力点，防止根据该模型加工生产的叶片在使用时出现疲劳断裂的情况。相对于在叶根处直接倒角的方法，本实施例提供的构建方法对于叶根前缘结构模型表面的曲率的调整的参数更多，更容易得到符合应力要求的叶根前缘结构。

2、本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法，在依次连接多个前缘圆形的圆心生成样条曲线之后，基于预设参数在每条叶型中弧线的延伸线上确定前缘圆形的位置，并基于前缘圆形生成样条曲线，还包括：根据样条曲线中各段曲线间的夹角调整延伸弧的弧长。

即通过调整相邻的两个延伸弧的弧长，进而改变样条曲线中相邻两段曲线的切线之间的夹角，使得每相邻的两段曲线的切线之间夹角减小，得到更加平缓光顺的样条曲线，防止由于延伸弧的弧长的精度问题，使得样条曲线的曲率变化幅度大，实现降低叶根前缘结构模型表面的曲率，避免在叶根前缘结构模型的表面出现高应力点。同时，调整延伸弧的弧长的操作简单、快捷，难度系数低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法流程图。

图2示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的多个等截面高度的第一叶型截面。

图3示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的各第一叶型截面的叶型中弧线。

图4示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的各第一叶型截面的叶型中弧线的延伸弧。

图5示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的前缘圆形。

图6示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的样条曲线。

图7示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的第一叶型截面前缘。

图8示出了本发明提供的叶根前缘结构模型的构建方法中的叶根前缘结构模型。

附图标记说明：

1、第一叶型截面；2、叶型中弧线；3、前缘圆形；4、样条曲线；5、第二叶型截面前缘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种叶根前缘结构模型的构建方法，如图1所示，该方法主要包括：

步骤S101：根据预设的叶根三维模型获取多个等截面高度的第一叶型截面1；其中，所述预设的叶根三维模型即指根据设计需求在三维建模软件中生成的整体叶盘上的叶片的叶根处的结构模型，需要说明的是，所述预设的叶根三维模型不满足应力水平的要求；如图2所示，所述多个等截面高度的第一叶型截面1，即为使用多个互相平行的理想平面与叶根相截，得到的各个横截面的轮廓曲线。可选地，相邻的所述第一叶型截面1之间的高度差相等，例如，相邻的所述第一叶型截面1之间的高度差可以为1mm。

步骤S102：如图3所示，在各所述第一叶型截面1中分别确定各所述第一叶型截面1的叶型中弧线2；即分别在各所述第一叶型截面1内生成多个叶型内切圆，并依次连接所述多个叶型内切圆的圆心以及在前后缘圆心按切线方向延伸到同前、后缘相交的线，形成所述叶型中弧线2。进一步的，每两个相邻叶型内切圆的圆心之间的间距相同。此处不对生成的所述叶型内切圆的数量作进一步限定，例如，可以为20个，所述叶型内切圆的数量越多，得到的所述第一叶型截面1的所述叶型中弧线2的误差越小。

步骤S103：基于预设参数在每条所述叶型中弧线2的延伸线上确定前缘圆形3的位置，并基于所述前缘圆形3生成样条曲线4，所述预设参数为人工设定值，此处不作进一步限定。可选地，如图4所示，在步骤S103中，确定各所述第一叶型截面1的叶型中弧线2的延伸线的过程，包括将叶根前缘的所述叶型中弧线2近似成圆弧，并将所述圆弧向所述叶根前缘的方向延伸预设长度，形成多条延伸弧。需要说明的是，所述预设长度为人工设置参数，此处不作进一步限定。所述延伸弧的弧长参数即为图5中参数L的值。可选地，各所述延伸弧的弧长，沿远离所述叶根的方向排列的顺序，逐渐减小。通过将叶根前缘的所述叶型中弧线2近似成圆弧，使得所述延伸弧的延伸方向更加准确，避免由于所述叶型中弧线2的各个分段弧线的延伸方向不一致，若任意沿长其中一段弧线得到延伸弧，则会导致由不同分段的弧线得到的延伸弧的延伸方向不同，进而使得所述样条曲线4的形状出现误差。

步骤S104：根据多个所述前缘圆形3和多个所述第一叶型截面1的前缘拟合生成多个第二叶型截面前缘5。可选地，如图7所示，所述第二叶型截面前缘5中，连接所述前缘圆形3与第一叶型截面1的弧线的两端分别与所述前缘圆形3、所述第一叶型截面1的前缘相切，且所述第二叶型截面前缘5与所述第一叶型截面1前缘形状匹配，即当所述第一叶型截面1前缘为凸状叶型时，所述第二叶型截面前缘5也为凸状叶型，当所述第一叶型截面1前缘为凹状叶型时，所述第二叶型截面前缘5也为凹状叶型，避免改变叶片的扭转方向，防止出现叶型型线畸变。

步骤S105：如图8所示，根据所述样条曲线4及多个第二叶型截面前缘5生成叶根前缘结构模型，即采用UG NX7.5中的“通过曲线组”命令，将所述多个第二叶型截面前缘5连接，得到所述叶根前缘结构模型。其中，叶根前缘结构即为叶根前缘在内流道面上沿叶片方向自然延伸地一段距离，并与叶片前缘、内流道面和叶根倒角光顺连接形成的结构。

步骤S106：对所述叶根前缘结构模型进行应力水平校审。若所述叶根前缘结构模型不满足应力水平要求，则相应的调整所述样条曲线4的光顺度，即对应调整所述延伸弧的弧长，重新生成所述叶根前缘结构模型后，再次进行应力水平校审，直至所述叶根前缘结构模型满足应力水平要求。此处不对应力水平校审的方法作进一步描述。

在该方法中，首先根据所述预设参数确定所述前缘圆形3，根据所述前缘圆形3生成所述样条曲线4和所述第二叶型截面前缘5，再通过所述样条曲线4和所述第二叶型截面前缘5生成叶根前缘结构模型，即叶根前缘结构模型表面的曲率由所述样条曲线4和所述第二叶型截面前缘5的形状决定，通过调整所述样条曲线4和所述第二叶型截面前缘5的形状，即可降低所述叶根前缘结构模型表面的曲率，进而避免在所述叶根前缘结构模型的表面出现高应力点，防止根据该模型加工生产的叶片在使用时出现疲劳断裂的情况。相对于在叶根处直接倒角的方法，本实施例提供的构建方法对于所述叶根前缘结构模型表面的曲率的调整的参数更多，更容易得到符合应力要求的叶根前缘结构。

可选地，如图5至图6所示，所述步骤S103基于预设参数在每条所述叶型中弧线2的延伸线上确定前缘圆形3的位置，并基于所述前缘圆形3生成样条曲线4，包括：

步骤S1031：以所述延伸弧上远离所述第一叶型截面1的一端为圆心作所述前缘圆形3，所述前缘圆形3的半径与所述第一叶型截面1上靠近所述前缘圆形3的弧线所对应的半径相同；其中，所述前缘圆形3的半径参数即为图5所示参数r的值。可选地，各所述前缘圆形3的半径，沿远离所述叶根的方向排列的顺序，逐渐减小，进而满足叶片的厚度自叶根向叶尖逐渐变薄。

步骤S1032：依次连接多个所述前缘圆形3的圆心生成所述样条曲线4。

步骤S1033：根据所述样条曲线4中各段曲线间的夹角调整所述延伸弧的弧长。进而实现所述样条曲线4的光顺操作。作为可替换的实施方式，步骤S1033中，所述样条曲线4的光顺操作可以采用线性最小二乘拟合的方式，由于该种方法为现有技术，此处不作进一步描述。

即通过调整相邻的两个所述延伸弧的弧长，进而改变所述样条曲线4中相邻两段曲线的切线之间的夹角，使得每相邻的两段曲线的切线之间夹角减小，得到更加平缓光顺的所述样条曲线4，防止由于延伸弧的弧长的精度问题，使得所述样条曲线4的曲率变化幅度大，实现降低所述叶根前缘结构模型表面的曲率，避免在所述叶根前缘结构模型的表面出现高应力点。同时，调整延伸弧的弧长的操作简单、快捷，难度系数低。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，其中所述处理器和所述存储器可以通过总线或者其他方式连接。所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述的叶根前缘结构模型的构建方法。

可选地，所述处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

可选地，所述存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的叶根前缘结构模型的构建方法对应的程序指令或模块。所述处理器通过运行存储在所述存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行所述处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的叶根前缘结构模型的构建方法。

可选地，所述存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储所述处理器所创建的数据等。此外，所述存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，所述存储器可选包括相对于所述处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至所述处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行如图1所示实施例中的叶根前缘结构模型的构建方法。

上述计算机设备具体细节可以对应参阅图1至图8所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，包括：

根据预设的叶根三维模型获取多个等截面高度的第一叶型截面(1)；

在各所述第一叶型截面(1)中分别确定各所述第一叶型截面(1)的叶型中弧线(2)；

基于预设参数在每条所述叶型中弧线(2)的延伸线上确定前缘圆形(3)的位置，并基于所述前缘圆形(3)生成样条曲线(4)；

根据多个所述前缘圆形(3)和多个所述第一叶型截面(1)的前缘拟合生成多个第二叶型截面前缘(5)；

根据所述样条曲线(4)及多个第二叶型截面前缘(5)生成叶根前缘结构模型。

2.根据权利要求1所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，确定各所述第一叶型截面(1)的叶型中弧线(2)的延伸线的过程，包括：

将叶根前缘的所述叶型中弧线(2)近似成圆弧，并将所述圆弧向所述叶根前缘的方向延伸预设长度，形成多条延伸弧。

3.根据权利要求2所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，所述基于预设参数在每条所述叶型中弧线(2)的延伸线上确定前缘圆形(3)的位置，并基于所述前缘圆形(3)生成样条曲线(4)，包括：

以所述延伸弧上远离所述第一叶型截面(1)的一端为圆心作所述前缘圆形(3)，所述前缘圆形(3)的半径与所述第一叶型截面(1)上靠近所述前缘圆形(3)的弧线所对应的半径相同；

依次连接多个所述前缘圆形(3)的圆心生成所述样条曲线(4)。

4.根据权利要求3所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，在依次连接多个所述前缘圆形(3)的圆心生成所述样条曲线(4)之后，所述基于预设参数在每条所述叶型中弧线(2)的延伸线上确定前缘圆形(3)的位置，并基于所述前缘圆形(3)生成样条曲线(4)，还包括：

根据所述样条曲线(4)中各段曲线间的夹角调整所述延伸弧的弧长。

5.根据权利要求3或4所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，各所述前缘圆形(3)的半径，沿远离所述叶根的方向排列的顺序，逐渐减小。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，各所述延伸弧的弧长，沿远离所述叶根的方向排列的顺序，逐渐减小。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，所述第二叶型截面前缘(5)中，连接所述前缘圆形(3)与第一叶型截面(1)的弧线的两端分别与所述前缘圆形(3)、所述第一叶型截面(1)的前缘相切，且所述第二叶型截面前缘(5)与所述第一叶型截面(1)前缘形状匹配。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，所述在各所述第一叶型截面(1)中分别确定各所述第一叶型截面(1)的叶型中弧线(2)，包括：

分别在各所述第一叶型截面(1)内生成多个叶型内切圆，并依次连接所述多个叶型内切圆的圆心，形成所述叶型中弧线(2)。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的叶根前缘结构模型的构建方法，其特征在于，相邻的所述第一叶型截面(1)之间的高度差相等。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-9中任一项所述的叶根前缘结构模型的构建方法。

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