[发明专利]一种叶轮机械叶片骨线设计方法

权利要求书

1.一种叶轮机械叶片骨线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：设计叶轮机械的前盘、后盘，确定叶片在前盘、后盘上的位置；

步骤2：采用贝塞尔曲线构造叶片外环二维骨线,获取叶片外环二维骨线及其贝塞尔曲线控制点矩阵；

步骤3：由叶片外环二维骨线与后盘参数计算叶片外环三维骨线；

步骤4：根据叶片外环三维骨线形状确定投影向量与投影平面；

步骤5：将叶片外环三维骨线沿着投影向量投影至投影平面，计算外环三维骨线在投影平面上的投影点坐标，在外环骨线的投影线上确定内环骨线在投影平面上的投影首点，根据内环骨线的长度确定内环骨线在投影平面上的投影尾点，获得在投影平面上与外环骨线投影重合的叶片内环骨线投影；

步骤6：将叶片内环骨线投影沿着投影向量逆向映射至前盘，获得叶片内环三维骨线；

所述步骤3具体包括：

所述后盘为后盘子午线(R,Z)绕旋转轴Z轴旋转形成的曲面，叶片外环空间曲线位于后盘曲面上，所述叶片外环二维骨线为(L,θ)，由后盘子午线参数(R,Z)与叶片外环二维骨线L值之间的关系，采用插值法建立后盘子午线参数(R,Z)与叶片外环二维骨线θ值之间的关系，获得柱坐标系下叶片外环三维骨线(R_h,Z_h，θ)，R_h,Z_h分别为叶片外环三维骨线位于后盘曲面上的R值、Z值，进一步转化为笛卡尔坐标系下叶片外环三维空间曲线上点坐标(X_h，Y_h，Z_h)；所述叶片外环二维骨线L值与后盘子午线参数(R,Z)之间的关系为：

式中，s为沿着子午线的归一化长度；

所述步骤5具体包括：

叶片外环三维骨线沿投影向量投影至投影平面，由公式(3)计算其在投影平面的投影线：

式中，P1为叶片外环三维骨线上一点，P’为P1在投影平面的投影点，O为坐标原点，为投影向量，λ为表示向量大小关系的无量纲数；

定义位于流动方向上游的投影线端点为首点，位于流动方向下游的端点为尾点；在叶片外环骨线的投影线上选取一段作为叶片内环骨线在投影平面的投影线，其方法为：在叶片外环骨线投影线上选取一点作为叶片内环三维骨线沿着投影向量投影至投影平面时的首点，由内环骨线的长度确定内环骨线沿着投影向量投影至投影平面时的尾点，外环骨线投影线上选取的内环首点与叶片内环长度确定的尾点之间的线段,即为内环骨线的投影(L′,θ′)；内环骨线长度计算方法为，根据公式(2)及叶片内环在前盘的位置，计算出叶片内环骨线首点与尾点的L值，尾点与首点L值的差值即为叶片长度；

所述步骤6具体包括：

所述前盘为前盘子午线(r,z)绕旋转轴Z轴旋转形成的曲面，叶片内环空间曲线位于前盘曲面上，所述叶片内环骨线投影为(L′,θ′)，由前盘子午线参数(r,z)与叶片内环骨线投影L′值之间的关系，采用插值法建立前盘子午线参数(r,z)与叶片内环骨线投影θ′值之间的关系，获得柱坐标下叶片内环三维骨线坐标(r_q,z_q，θ′)，r_q,z_q分别为叶片内环三维骨线位于前盘曲面上的r值、z值，进一步转化为笛卡尔坐标系下叶片内环三维空间曲线上点坐标(x_q，y_q，z_q)。

2.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶片骨线设计方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

设计叶轮机械的前盘、后盘，确定子午面内前盘子午线参数(r，z)、后盘子午线参数(R、Z),确定叶片在前盘、后盘上的位置，即给定叶片r、z、R、Z的最大值、最小值；r、R为在子午面内叶片上点至旋转轴的距离，z、Z为在柱坐标系中旋转轴上的坐标值。