[发明专利]基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法及系统

权利要求书

1.一种基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤S1：输入离心叶轮造型所需的几何参数，所述几何参数包括离心叶轮进出口流道坐标、进出口叶片角、叶片最大厚度及厚度位置、叶片数、叶片切割位置、叶片前缘半径、双四次Bezier曲面扰动参数；

步骤S2：基于离心叶轮进出口流道坐标采用Bezier曲线设计子午流道；

步骤S3：基于保角变换方法将叶片根部和尖部中弧线变换到平面坐标系进行叶片中弧线设计，设计完成之后再将叶片中弧线映射到笛卡尔坐标系中计算得到叶片中弧线的三维空间坐标，采用线性插值的方式计算获得不同叶高截面叶片中弧线的空间三维坐标，从而得到叶片中弧面的三维空间坐标；

步骤S4：采用Bezier曲线生成投影到子午面的叶片前缘切割线，并根据叶片切割位置采用插值和二分法对叶片中弧面进行切割以得到基准离心叶轮叶片中弧面；

步骤S5：设计叶片厚度分布；

步骤S6：采用双四次Bezier曲面生成扰动量并将其施加到基准离心叶轮叶片中弧面上；

步骤S7：基于叶片厚度分布和施加扰动量的基准离心叶轮叶片中弧面，采用法向厚度叠加方法计算得到叶片型面坐标。

2.如权利要求1所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述步骤S6中采用的双四次Bezier曲面的表达式为：

其中，n，m均等于5，B_i,n(u)，B_j,m(v)分别为u方向和v方向上Bezier曲线基函数，P_i,j为控制点。

3.如权利要求2所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述步骤S6具体为：

将双四次Bezier曲面按u方向和v方向分别映射到叶片中弧面的流向和展向，并将其叠加到中弧线坐标上。

4.如权利要求1所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述步骤S7包括以下内容：

步骤S71：基于叶片中弧面的三维空间坐标数据计算流向和展向的空间弧长；

步骤S72：在叶片中弧面任意一点上计算其沿着流向和展向的方向矢量；

步骤S73：基于流向和展向的方向矢量采用向量叉乘计算得到叶片中弧面的法向矢量；

步骤S74：基于叶片厚度分布在叶片法向上叠加厚度，并计算得到叶片型面坐标。

5.如权利要求1所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述步骤S1中的几何参数根据一维参数计算或准三维S2流面计算得到。

6.如权利要求1所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述步骤S3中在保角变换坐标系中进行叶片中弧线设计的过程具体包括以下内容：

给定保角变换坐标系平面中叶片包角θ和的分布趋势并计算得到叶片根部和尖部的叶片角分布曲线，根据叶片角分布曲线判断叶片角分布是否合理，若不合理则反复调整叶片包角θ和的分布趋势，直至叶片角分布满足设计要求，其中，m₀和m₁分别表示子午流线弧长开始长度和终了长度，m表示子午流道长度，具体表示为流道子午坐标(z，r)的函数m(z，r)，z、r分别表示轴向和半径方向的数值。

7.如权利要求1所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述叶片前缘切割线为直线或者曲线。

8.如权利要求1所述的基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法，其特征在于，

所述步骤S5中基于叶片最大厚度及厚度位置、叶片前缘半径计算得到叶片厚度沿着叶片中弧线的分布。