[发明专利]面向叶片的基于热扩散的沟槽型减阻结构自动生成方法

说明书

本发明公开了一种面向叶片的基于热扩散的沟槽型减阻结构自动生成方法，针对三角网格叶片模型，在叶片表面自动布置大量微尺度沟槽。首先，寻找叶片的三角网格模型中每个顶点所在的三角面片，根据各三角面片的法向量，通过加权平均计算每个顶点对应的法向量；然后，选定任一边界，该边界的顶点为起点，利用热扩散方程求解其他各顶点到起点的测地距离；最后，根据沟槽形状、尺寸和间距，综合各测地距离，计算每个顶点沿着对应的法向量方向移动的距离，顶点坐标修改完毕后的三角网格即为带有沟槽型减阻结构的叶片。实验结果表明，本发明提供的上述沟槽型减阻结构自动生成方法，能够在叶片上布置较高精度的沟槽，且计算效率高、算法的鲁棒性好。

技术领域

本发明涉及法向量的离散计算、测地距离计算和叶片沟槽表示技术领域，属于计算机辅助设计领域，尤其涉及一种面向叶片的基于热扩散的沟槽型减阻结构自动生成方法。

背景技术

湍流运动是自然界中粘性流体的一种流动状态。相较于流体分层流动、互不混合的层流运动，湍流运动是一种完全无规则的随机运动。由于湍流运动过程的混乱，会产生雷诺应力，使得接触壁面摩擦力急剧增加。早期的湍流减阻的主要研究思路是降低接触壁面的粗糙度，也就是使接触壁面尽可能的光滑。以鲨鱼皮为代表的仿生结构打破这一传统思路，沟槽、凹坑等表面微尺度结构成为实现壁面减阻的主要研究对象。

叶片为航空发动机的重要组成部件。优化叶片外形可以减少叶片流动损失中的摩擦力。理论研究表明，若在叶片表面布置顺流向沟槽，则可以进一步降低百分之十左右的摩擦阻力。然而，叶片形状复杂，无法使用CAD软件在叶片模型上沿叶片表面方向布置大量微尺度沟槽。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向叶片的基于热扩散的沟槽型减阻结构自动生成方法，用以在叶片模型上沿叶片表面方向布置大量微尺度沟槽。

因此，本发明提供了一种面向叶片的基于热扩散的沟槽型减阻结构自动生成方法，包括如下步骤：

S1：寻找叶片的三角网格模型中每个顶点所在的三角面片，根据各所述三角面片的法向量，通过加权平均计算每个顶点对应的法向量；

S2：选定任意一个边界，所述边界的顶点为起点，利用热扩散方程求解其他各顶点到所述起点的测地距离；

S3：根据沟槽的形状、尺寸和间距，综合各所述测地距离，计算每个顶点沿着对应的法向量方向移动的距离，顶点坐标修改完毕后的三角网格模型为带有沟槽型减阻结构的叶片。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述沟槽型减阻结构自动生成方法中，步骤S1，寻找叶片的三角网格模型中每个顶点所在的三角面片，根据各所述三角面片的法向量，通过加权平均计算每个顶点对应的法向量，具体包括：

对于任意一个顶点i，通过遍历所有三角面片的点索引值，找到n个三角面片包含顶点i，n个三角面片为j₁,j₂,...,j_n；其中，任意一个三角面片j_t的面积为：

对于任意一个三角面片j_t，通过三角面片j_t的三个点索引值得到三个点的坐标，记为A＝(x₁,y₁,z₁)，B＝(x₂,y₂,z₂)和C＝(x₃,y₃,z₃)，则三角面片j_t的法向量为：

将三角面片的面积作为权重值，得到顶点i的法向量N_i为包含顶点i的n个三角面片的法向量的加权平均：