考虑叶片造型的压气机流动稳定性模型研究进展

压气机实际稳定裕度是否达到指标直接决定了发动机是否可以投入使用.目前的压气机气动设计体系中缺乏一种高效、准确的评估失稳边界的工具,导致在设计定型后依然存在实际稳定裕度不足的风险.因此迫切需要发展快速可靠的压气机稳定性预测工具以供设计阶段使用.现代航空压气机叶片的气动设计朝着三维精细化方向发展,如何在设计阶段考虑叶片三维造型的变化对稳定性的影响愈发关键.传统的激盘/半激盘模型难以精细捕捉到三维叶片造型对流动稳定性的影响,而非定常数值模拟方法对计算资源的消耗在压气机设计阶段难以承受.为了在精细考虑叶片造型影响的同时提高计算效率,为气动设计阶段提供稳定性评估工具,本团队首先在2013年提出了叶轮机流动稳定性通用理论,通过分布式叶片力源项建模考虑复杂叶片造型的影响,通过系统特征值描述流动稳定性.继而针对不同的预测目标和应用条件,发展了3种简化模型:子午面模型、流线模型和径向展开模型.其中子午面模型能够准确刻画叶尖间隙、叶片掠和叶片加载方式等关键设计参数对流动稳定性的影响,为设计阶段提供了一种可靠的失稳边界预测工具;流线模型可以快速评估展向各条流线系统的流动稳定性,并定量地给出流动稳定性最为薄弱的区域,从而有针对性地指导叶片扩稳设计;径向展开模型可以快速地预测离心压气机的流动失稳点,定量评估离心压气机流动稳定性.以上模型可以应用于压气机气动设计体系,为设计定型的压气机提供了可靠的稳定性评估方法,为压气机气动/稳定性一体化设计提供了技术储备.

基于贝塞尔曲线的液力变矩器三维叶片造型方法

为满足液力变矩器三维流动设计的需要,解决传统基于一维束流理论叶片造型方法精度差、适应性低的缺点,提出基于贝塞尔曲线及保形变换的三维叶片造型方法。叶片二维型线由骨线叠加厚度分布的形式构造,叶片骨线和厚度均由两段三次贝塞尔曲线构成。为实现直接通过关键几何参数进行叶片设计,建立叶片几何参数与贝塞尔曲线控制点之间的数学关系式。利用保形变换方法进行叶片二维型线与三维曲线间的无误差转换,将二维叶片型线投影到循环圆环面生成三维叶片曲线,然后再堆叠三维曲线以构造叶片实体。新型叶片造型方法能够实现二阶导数连续、曲率连续的叶片曲线设计,从而提高了叶片液力性能,同时改善了叶片造型精度及适应性。利用新型造型方法对原始液力变矩器叶片进行优化设计,结果表明,新方法优化后的叶片液力性能要明显优于初始叶片,验证了新方法的可行性。

航空燃气涡轮叶片造型技术研究

涡轮叶片的造型是数控加工的前提条件。本文在给定由气动力学计算所得的相关数据的情况下,分别采用手工几何造型法和NURBS造型法对航空燃气涡轮叶片进行造型,给出了具体的公式和算法,并对这两种造型技术进行了研究和分析。

基于Bezier函数的流体机械叶片造型研究

应用双三次Bezier曲面,建立了给定型值点的流体机械叶片曲面构造的数学模型。并且,基于商用软件MDT6.0开发了叶片式流体机械曲面造型的原型系统,为进一步的流场分析和叶片CAD／CAM奠定了基础。

基于椭圆型方程的扭叶片造型方法的研究

本文以偏微分方程造型为基础,提出了一种基于椭圆型方程的扭叶片三维型面直接设计方法,详细推导了叶型曲面函数,给出了型面方程的求解及其前后缘修正。该方法具有设计叶型曲面自然光顺,设计参数少且各参数具有明显的几何意义,叶型曲面调整方便,利于采用非数值优化算法对其进行气动优化等优点。文中给出了设计实例,并通过数值实验分析了所设计叶片型面的流动特性。分析结果表明设计叶片具有良好的气动性能,同时也证明了本文提出的基于椭圆型方程的扭叶片三维型面设计方法的可靠性和实用性。

一种新型压气机叶片造型方法的平面叶栅试验验证

为验证一种新型超/跨声压气机叶片造型方法——B样条控制中线角叶型、贝塞尔曲线控制叶型厚度方法 (BMAA方法)的有效性,分别与原有的可控扩散叶型定制造型和任意中线造型进行平面叶栅对比试验。结果表明,BMAA方法得到的跨声叶型,具有比定制叶型更优的气动性能;BMAA方法得到的超声叶型,具有与任意中线叶型相似的气动性能;与传统叶片造型方法相比,BMAA方法具有更高的效率,可提高叶片的气动负荷。

基于比例因子的离心泵圆弧叶片造型研究

针对中低比转速离心泵，提出了能够统一各种圆弧叶片造型方法的比例因子法，推导了叶型参数的计算公式，分析了比例因子对叶片安放角、叶片长度等的影响，并采用数值模拟方法对不同比例因子下的泵内流场进行了性能预测。结果表明，不同比例因子下的叶型参数、流动参数及性能参数变化范围很大。比例因子较小时，节流损失较大，泵扬程较低；比例因子较大时，脱流损失较大，泵效率较低，存在较优的比例因子区间[0．15，0．35]，使叶片安放角平滑变化，泵的综合性能较优，对应的曲率半径比为1．4～1．9。采用Pfleiderer方法及本文的角度平均法获得的叶片安放角变化较为平稳，可用于离心泵的初步设计。

一种基于计算几何控制无量纲参数的叶片造型方法

应用目前先进的自由曲线理论,开发了一种新的叶片造型方法——B样条控制中线角叶型(BMAA)方法。分别选取准均匀B样条和贝塞尔曲线,实现了对叶型中线和厚度的方便、灵活控制;同时综合考虑方便性与实用性,选取四点控制参数进行设计。分别利用BMAA方法与原有定制叶型、任意中线方法,对某单级压气机进行设计,结果表明:对于超/跨声叶片设计,BMAA方法设计的叶片性能略优于定制叶型;与任意中线叶型达到的性能相当,但叶型控制便捷性和叶型光滑性优于任意中线叶型。

平板叶片型线设计及叶片造型技术

对平板叶片型线的数学表示作了探讨 。

基于Solidworks的飞机发动机叶片造型

本文介绍了基于三维机械设计软件——Solidworks2000的航空发动机叶片造型,指出了造型过程中的难点和重点问题是:如何使与叶片剖面对应的样条曲线经放样后成为光滑曲面。以某型发动机压气机叶片造型为例,利用所得造型计算了叶片的自振频率,计算结果表明:本文的造型方案可行,造型结果可靠、准确。

空分机叶片造型及其热压模的数控加工

空分机叶片造型及其热压模的数控加工郑州工业大学模具所逯晓勤，王国中，孙蕴玉空分机即空气分离机，可用来制造氧气。其工作原理是依靠多级叶轮对空气加压，使空气液化，然后根据空气中各种成份的不同沸点，分离出所需要的氧气。叶轮是空分机的“心脏”，用铸钢加工而成...

双圆弧翼型叶片造型设计问题及其解决方法

在通风机叶片造型设计中,根据翼型几何关系,通过数学推导找出双圆弧中弧线最大挠度点位置a/b的值随x1和x2的取值不同而变化的数学关系,弥补了翼型中弧线的a/b值按经验取值的缺陷,从而避免了两圆弧不能相切的问题,并在工程设计上作了验证。

轴流压气机低速模化设计的叶片造型

为了提高航空发动机高压压气机的气动性能,需要对高速压气机进行低速模化设计以开展试验研究。选取高压压气机后面级作为研究对象,给出了高压压气机低速模化设计的相似准则和模化设计流程,为低速模化设计提供了可以借鉴的准则。针对高速原型压气机设计工况点,制定模化设计目标,完成几何变换、通流设计、叶片造型及数值模拟。重点研究了叶片造型模化相似技术,在叶片造型设计上突破了几何相似的限制,通过三维积叠造型的设计方法保证了高低速压气机气动参数的相似性。研究为轴流压气机低速模化设计的叶片造型提供了可以借鉴的方法。

涡轮叶片造型设计软件的开发

通过对涡轮叶片型线设计理论分析,将涡轮叶片设计过程分为数据选取、中间计算、结果输出3部分。开发的软件主要用于中间计算过程。软件对计算结果采用离散数据的形式存储到文件中,增强了数据的交互性,在涡轮叶片的设计和研究中,可以大大减少科研人员的工作量,具有一定的应用价值。

叶片造型与计算机辅助设计－AUTOCAD R12．0在地铁风机叶片叶型设计及叶片加工中的应用

利用ＡＣＡＤ进行变截面扭曲翼型叶片设计，操作简单，精度高，用时短，作用大，是一种实用的设计方法。本文介绍了在地铁风机叶片设计中本方法的使用情况。

S1流面流函数各类问题数值计算及在叶片造型中的应用

本文提供了亚音速叶栅S1流面流函数多种命题的数值计算方法。各种命题相应的边界条件通过连续方程用流函数来表示，使得各种命题数值计算有相类似的数值迭代并统一在同一程序之中。本文的算例表明，在此计算方法基础上编制的相应程序对于亚音速条件下给定流道的流场计算及叶片造型是非常有效的。

Bezier曲线设计涡轮叶片造型与CFD验证解析

通过选取某尺寸的涡轮和流量值作为案例,解析了运用Bezier曲线设计涡轮叶片造型的过程,进行了计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)验证,得到涡轮机械性能预测曲线,验证了涡轮叶片造型设计。

超跨音对转涡轮大转折角叶片的高次多项式解析造型研究

超跨音对转涡轮高气流转折角特点对叶片解析造型提出了苛刻要求,本文探讨高次多项式解析造型方法设计超跨音对转涡轮大转折角叶型。在保证表征叶片气动特性的主要特征参数,如栅距t、尾缘转折角δ和叶栅喉道宽度bth等不变的情况下,通过调整和优化选择叶型辅助参数,采取控制叶背与叶盆型线曲率大小和叶栅槽道收敛性的方法,达到控制燃气速度在超音速大转折角叶栅内流场合理分布及抑制激波的生成与强度的目的。数值模拟实例表明,高次多项式解析造型方法能快速、高效、可靠地设计出高性能的超音速大转折初始叶型。

三维涡轮叶片交互式造型程序设计

介绍和讨论了十二参数法、预置曲率法、和Bezier曲线法三种典型的涡轮叶片解析造型方法的原理和步骤,以及叶片的三维复杂成型方法。并且编制了基于以上方法的三维涡轮叶片造型交互式程序,以设计实例阐述了叶片造型原理和步骤、交互式程序的编制方法和功能。分析和讨论说明:该程序便捷、高效、可靠,具有强的干涉性和交互性,能够满足复杂的涡轮三维弯扭掠叶片造型工程实用需要。

航空涡轮叶片叶身造型参数化设计

为提高航空涡轮叶片设计的数字化水平,减轻设计人员的设计计算量,开发了一种基于CATIA的航空涡轮叶片建模方法。首先在分析涡轮叶片几何特征及其气动性能和结构强度的影响因素,确定了叶片截面形状的控制参数,再运用内建于CATIA的知识工程工具和函数,构造三维涡轮叶片。该方法实现了涡轮叶片设计的参数化,所设计叶片的叶身曲面和不同径向位置的截面曲线均达到G2连续。