CN118428114B - 一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压气机设计技术领域，公开了一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法及系统，通过历史压气机的相关参数，构建压气机叶片稠度与叶片尖根弦长比之间的函数关系式，并根据待设计压气机的叶片尖根弦长比确定压气机叶片的稠度的选取范围，再根据选定的稠度来进行压气机叶片最大厚度的确定，最后通过三维性能计算分析和强度振动分析，迭代优化压气机叶片的稠度和厚度，获得压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求的压气机叶片结构，能够最大概率降低叶片动应力水平，确保压气机叶片动应力水平处于可接受范围，规避在发动机工作环境下出现的叶片动应力过大的的问题。
Description
技术领域
本发明涉及压气机设计技术领域，公开了一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法及系统。
背景技术
发动机研制中，压气机叶片不仅仅需要满足性能设计要求，同时叶片动应力须满足强度设计准则要求，而压气机叶片动应力水平高低不仅仅与叶片本身相关，也与压气机叶片所处的气动环境相关。
在传统的压气机设计中，主要设计流程是气动设计、结构设计、强度设计这种串行加并行的设计模型，在参数选择时气动、结构、强度综合因素考虑少，可能出现压气机动应力过大的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法及系统，能够最大概率降低叶片动应力水平，确保压气机叶片动应力水平处于可接受范围，规避在发动机工作环境下出现的叶片动应力过大的的问题。
为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法，包括：
根据不同压气机流道以及叶片参数，获得对应压气机叶片稠度、压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长以及叶根子午投影轴向弦长；并计算压气机叶片的尖根弦长比，所述尖根弦长比为压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长与叶根子午投影轴向弦长的比值；
根据压气机叶片稠度以及对应的尖根弦长比，构建压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式；
根据给定的待设计压气机设计流道以及给定初始叶片参数，计算所述待设计压气机的叶片稠度计算值，并采用所述函数关系式分析获得待设计压气机的稠度预测值；
确定叶片稠度计算值与稠度预测值中的最大值为压气机稠度设计要求的最小值，选择大于等于稠度设计要求最小值的叶片稠度初始值，根据叶片稠度初始值分析获得压气机叶片的最大厚度初始值；
以叶片稠度初始值和叶片最大厚度初始值进行压气机叶片设计和压气机设计，对设计的压气机进行三维性能计算分析获得压气机性能数据，并对压气机叶片进行强度振动分析，获得叶片的强度储备和振动特性；若压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求，则输出压气机叶片设计结果；否则调整稠度取值并对最大厚度进行迭代更新，重新进行压气机叶片和压气机结构设计，直至压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求；所述压气机性能数据包括压气机流量、效率和裕度。
进一步地，所述稠度计算值，其中为待设计压气机相邻叶片叶中截面周向间距，为待设计压气机叶片叶中截面弦长。
进一步地，压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式，其中为压气机叶片稠度预测值，为压气机叶片的尖根弦长比，、、分别为拟合参数。
进一步地，压气机叶片的最大厚度采用分析获得，其中为选择的压气机叶片稠度的代数值，为压气机叶片稠度对应的压气机叶片的最大厚度，，为压气机叶片的尖根弦长比，为压气机叶片稠度计算值，为压气机叶片稠度预测值。
为实现上述技术效果，本发明提供了一种小表速下低振动应力压气机叶片设计系统，包括：
数据处理模块，用于根据不同压气机流道以及叶片参数，获得对应压气机叶片稠度、压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长以及叶根子午投影轴向弦长；并计算压气机叶片的尖根弦长比，所述尖根弦长比为压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长与叶根子午投影轴向弦长的比值；
预测模型构建模块，用于根据压气机叶片稠度以及对应的尖根弦长比，构建压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式；
分析模块，用于根据给定的待设计压气机设计流道以及给定初始叶片参数，计算所述待设计压气机的叶片稠度计算值，并采用所述函数关系式分析获得待设计压气机的稠度预测值；
参数确定模块，用于确定叶片稠度计算值与稠度预测值中的最大值为压气机稠度设计要求的最小值，选择大于等于稠度设计要求最小值的叶片稠度初始值，根据叶片稠度初始值分析获得压气机叶片的最大厚度初始值；
仿真输出模块，用于以叶片稠度初始值和叶片最大厚度初始值进行压气机叶片设计和压气机设计，对设计的压气机进行三维性能计算分析获得压气机性能数据，并对压气机叶片进行强度振动分析，获得叶片的强度储备和振动特性；若压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求，则输出压气机叶片设计结果；否则调整稠度取值并对最大厚度进行迭代更新，重新进行压气机叶片和压气机结构设计，直至压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求；所述压气机性能数据包括压气机流量、效率和裕度。
进一步地，所述分析模块中，所述稠度计算值，其中为待设计压气机相邻叶片叶中截面周向间距，为待设计压气机叶片叶中截面弦长。
进一步地，所述预测模型构建模块中，构建的压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式，其中为压气机叶片稠度预测值，为压气机叶片的尖根弦长比，、、分别为拟合参数。
进一步地，所述参数确定模块、所述仿真输出模块中，压气机叶片的最大厚度采用分析获得，其中为选择的压气机叶片稠度的代数值，为压气机叶片稠度对应的压气机叶片的最大厚度，，为压气机叶片的尖根弦长比，为压气机叶片稠度计算值，为压气机叶片稠度预测值。
与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：本发明通过历史压气机的相关参数，构建压气机叶片稠度与叶片尖根弦长比之间的函数关系式，并根据待设计压气机的叶片尖根弦长比确定压气机叶片的稠度的选取范围，再根据选定的稠度来进行压气机叶片最大厚度的确定，最后通过三维性能计算分析和强度振动分析，迭代优化压气机叶片的稠度和厚度，获得压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求的压气机叶片结构，能够最大概率降低叶片动应力水平，确保压气机叶片动应力水平处于可接受范围，规避在发动机工作环境下出现的叶片动应力过大的的问题。
附图说明
图1为实施例中小表速下低振动应力压气机叶片设计方法流程图；
图2为实施例中小表速下低振动应力压气机叶片设计系统结构框图；
其中，1、数据处理模块；2、预测模型构建模块；3、分析模块；4、参数确定模块；5、仿真输出模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
参见图1、图2，一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法，包括：
根据不同压气机流道以及叶片参数，获得对应压气机叶片稠度、压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长以及叶根子午投影轴向弦长；并计算压气机叶片的尖根弦长比，所述尖根弦长比为压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长与叶根子午投影轴向弦长的比值；
根据压气机叶片稠度以及对应的尖根弦长比，构建压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式；
根据给定的待设计压气机设计流道以及给定初始叶片参数，计算所述待设计压气机的叶片稠度计算值，并采用所述函数关系式分析获得待设计压气机的稠度预测值；
确定叶片稠度计算值与稠度预测值中的最大值为压气机稠度设计要求的最小值，选择大于等于稠度设计要求最小值的叶片稠度初始值，根据叶片稠度初始值分析获得压气机叶片的最大厚度初始值；
以叶片稠度初始值和叶片最大厚度初始值进行压气机叶片设计和压气机设计，对设计的压气机进行三维性能计算分析获得压气机性能数据，并对压气机叶片进行强度振动分析，获得叶片的强度储备和振动特性；若压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求，则输出压气机叶片设计结果；否则调整稠度取值并对最大厚度进行迭代更新，重新进行压气机叶片和压气机结构设计，直至压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求；所述压气机性能数据包括压气机流量、效率和裕度。
在本实施例中，通过历史压气机的相关参数，构建压气机叶片稠度与叶片尖根弦长比之间的函数关系式，并根据待设计压气机的叶片尖根弦长比确定压气机叶片的稠度的选取范围，再根据选定的稠度来进行压气机叶片最大厚度的确定，最后通过三维性能计算分析和强度振动分析，迭代优化压气机叶片的稠度和厚度，获得压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求的压气机叶片结构，能够最大概率降低叶片动应力水平，确保压气机叶片动应力水平处于可接受范围，规避在发动机工作环境下出现的叶片动应力过大的的问题。
基于相同的发明构思，本实施例还提供了一种小表速下低振动应力压气机叶片设计系统，包括：
数据处理模块1，用于根据不同压气机流道以及叶片参数，获得对应压气机叶片稠度、压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长以及叶根子午投影轴向弦长；并计算压气机叶片的尖根弦长比，所述尖根弦长比为压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长与叶根子午投影轴向弦长的比值；
预测模型构建模块2，用于根据压气机叶片稠度以及对应的尖根弦长比，构建压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式；
分析模块3，用于根据给定的待设计压气机设计流道以及给定初始叶片参数，计算所述待设计压气机的叶片稠度计算值，并采用所述函数关系式分析获得待设计压气机的稠度预测值；
参数确定模块4，用于确定叶片稠度计算值与稠度预测值中的最大值为压气机稠度设计要求的最小值，选择大于等于稠度设计要求最小值的叶片稠度初始值，根据叶片稠度初始值分析获得压气机叶片的最大厚度初始值；
仿真输出模块5，用于以叶片稠度初始值和叶片最大厚度初始值进行压气机叶片设计和压气机设计，对设计的压气机进行三维性能计算分析获得压气机性能数据，并对压气机叶片进行强度振动分析，获得叶片的强度储备和振动特性；若压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求，则输出压气机叶片设计结果；否则调整稠度取值并对最大厚度进行迭代更新，重新进行压气机叶片和压气机结构设计，直至压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求；所述压气机性能数据包括压气机流量、效率和裕度。
本实施例中的所述分析模块3中，所述稠度计算值，其中为待设计压气机相邻叶片叶中截面周向间距，为待设计压气机叶片叶中截面弦长。
本实施例，所述预测模型构建模块2中，构建的压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式，其中为压气机叶片稠度预测值，为压气机叶片的尖根弦长比，、、分别为拟合参数。
本实施例，所述参数确定模块4、所述仿真输出模块5中，压气机叶片的最大厚度采用分析获得，其中为选择的压气机叶片稠度的代数值，为压气机叶片稠度对应的压气机叶片的最大厚度，，为压气机叶片的尖根弦长比，为压气机叶片稠度计算值，为压气机叶片稠度预测值。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种小表速下低振动应力压气机叶片设计方法，其特征在于，包括：
根据不同压气机流道以及叶片参数，获得对应压气机叶片稠度、压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长以及叶根子午投影轴向弦长；并计算压气机叶片的尖根弦长比，所述尖根弦长比为压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长与叶根子午投影轴向弦长的比值；
根据压气机叶片稠度以及对应的尖根弦长比，构建压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式；
根据给定的待设计压气机设计流道以及给定初始叶片参数，计算所述待设计压气机的叶片稠度计算值，并采用所述函数关系式分析获得待设计压气机的稠度预测值；
确定叶片稠度计算值与稠度预测值中的最大值为压气机稠度设计要求的最小值，选择大于等于稠度设计要求最小值的叶片稠度初始值，根据叶片稠度初始值分析获得压气机叶片的最大厚度初始值；
以叶片稠度初始值和叶片最大厚度初始值进行压气机叶片设计和压气机设计，对设计的压气机进行三维性能计算分析获得压气机性能数据，并对压气机叶片进行强度振动分析，获得叶片的强度储备和振动特性；若压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求，则输出压气机叶片设计结果；否则调整稠度取值并对最大厚度进行迭代更新，重新进行压气机叶片和压气机结构设计，直至压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求；所述压气机性能数据包括压气机流量、效率和裕度。
2.根据权利要求1所述的小表速下低振动应力压气机叶片设计方法，其特征在于，所述稠度计算值，其中为待设计压气机相邻叶片叶中截面周向间距，为待设计压气机叶片叶中截面弦长。
3.根据权利要求1所述的小表速下低振动应力压气机叶片设计方法，其特征在于，压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式，其中为压气机叶片稠度预测值，为压气机叶片的尖根弦长比，、、分别为拟合参数。
4.根据权利要求3所述的小表速下低振动应力压气机叶片设计方法，其特征在于，压气机叶片的最大厚度采用分析获得，其中为选择的压气机叶片稠度的代数值，为压气机叶片稠度对应的压气机叶片的最大厚度，，为压气机叶片的尖根弦长比，为压气机叶片稠度计算值，为压气机叶片稠度预测值。
5.一种小表速下低振动应力压气机叶片设计系统，其特征在于，包括：
数据处理模块，用于根据不同压气机流道以及叶片参数，获得对应压气机叶片稠度、压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长以及叶根子午投影轴向弦长；并计算压气机叶片的尖根弦长比，所述尖根弦长比为压气机叶片叶尖子午投影轴向弦长与叶根子午投影轴向弦长的比值；
预测模型构建模块，用于根据压气机叶片稠度以及对应的尖根弦长比，构建压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式；
分析模块，用于根据给定的待设计压气机设计流道以及给定初始叶片参数，计算所述待设计压气机的叶片稠度计算值，并采用所述函数关系式分析获得待设计压气机的稠度预测值；
参数确定模块，用于确定叶片稠度计算值与稠度预测值中的最大值为压气机稠度设计要求的最小值，选择大于等于稠度设计要求最小值的叶片稠度初始值，根据叶片稠度初始值分析获得压气机叶片的最大厚度初始值；
仿真输出模块，用于以叶片稠度初始值和叶片最大厚度初始值进行压气机叶片设计和压气机设计，对设计的压气机进行三维性能计算分析获得压气机性能数据，并对压气机叶片进行强度振动分析，获得叶片的强度储备和振动特性；若压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求，则输出压气机叶片设计结果；否则调整稠度取值并对最大厚度进行迭代更新，重新进行压气机叶片和压气机结构设计，直至压气机性能数据满足设计要求且压气机叶片强度振动性能满足设计要求；所述压气机性能数据包括压气机流量、效率和裕度。
6.根据权利要求5所述的小表速下低振动应力压气机叶片设计系统，其特征在于，所述分析模块中，所述稠度计算值，其中为待设计压气机相邻叶片叶中截面周向间距，为待设计压气机叶片叶中截面弦长。
7.根据权利要求5所述的小表速下低振动应力压气机叶片设计系统，其特征在于，所述预测模型构建模块中，构建的压气机叶片稠度与尖根弦长比之间的函数关系式，其中为压气机叶片稠度预测值，为压气机叶片的尖根弦长比，、、分别为拟合参数。
8.根据权利要求7所述的小表速下低振动应力压气机叶片设计系统，其特征在于，所述参数确定模块、所述仿真输出模块中，压气机叶片的最大厚度采用分析获得，其中为选择的压气机叶片稠度的代数值，为压气机叶片稠度对应的压气机叶片的最大厚度，，为压气机叶片的尖根弦长比，为压气机叶片稠度计算值，为压气机叶片稠度预测值。
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