[发明专利]一种涡轮气冷动叶片伸根段外形参数化设计方法

摘要

本发明提出一种涡轮气冷动叶片伸根段外形参数化设计方法，首先创建可参数化的伸根外形截面线组，其次得到辅助几何体，再创建桥接曲线，利用蒙皮法得到伸根外形的自由曲面，边界控制法得到伸根外形的其余平面，最后将形成的封闭伸根外形曲面体转化为实体，得到最终的伸根外形实体。通过上述方法将复杂的伸根外形造型问题转化为若干曲面造型问题，构建了辅助几何体，用来实现伸根外形曲面与榫头外形曲面在边界处G1连续，由于创建了可以参数化的伸根外形截面线，使得伸根外形设计更加科学合理，这使得本方法更加有利于应用于工程设计领域。

主权项

一种涡轮气冷动叶片伸根段外形参数化设计方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：创建可参数化的伸根外形截面线组：步骤1.1：向三维造型软件中导入叶身外形模型与榫头外形模型；所述叶身外形模型为叶身外形截面线通过蒙皮法生成的空间实体，所述叶身外形截面线为气动数据点通过样条曲线拟合形成的连续高次曲线，叶身外形截面线分为叶盆曲线、叶背曲线、前缘曲线和尾缘曲线四段；榫头外形模型为通过截面拉伸形成的空间实体，其中榫头外形模型顶部截面是规则的矩形，L1为拉伸过程中榫头外形模型顶部截面的起始边，L2为拉伸过程中榫头外形模型顶部截面的终止边；步骤1.2：在伸根外形的顶截面高度创建与榫头外形模型顶部截面平行的基准平面，将L1和L2在基准平面投影对应得到线stl1和stl2，将叶身外形底截面上的叶背曲线和叶盆曲线在基准平面投影对应得到曲线ybcur和ypcur，过榫头外形模型顶部截面形心在基准平面上的投影点，创建垂直于stl1的辅助中心线Refl1和垂直于stl2的辅助中心线Refl2；步骤1.3：以投影曲线ybcur的始末点为两个插值参考点，根据投影曲线ybcur始末点各自的偏置值，采用线性插值方法插值计算出投影曲线ybcur其余型值点的偏置值，各个型值点按照得到的偏置值进行偏置，偏置方向为各个型值点在投影曲线ybcur上的主法线方向，得到叶背偏置曲线ybcur1；以投影曲线ypcur的始末点为两个插值参考点，根据投影曲线ypcur始末点各自的偏置值，采用线性插值方法插值计算出投影曲线ypcur其余型值点的偏置值，各个型值点按照得到的偏置值进行偏置，偏置方向为各个型值点在投影曲线ypcur上的主法线负方向，得到叶盆偏置曲线ypcur1；步骤1.4：根据设计数据，等距偏置辅助中心直线Refl1，得到与叶盆偏置曲线ypcur1相交的直线Pl1；等距偏置辅助中心直线Refl1，得到与叶背偏置曲线ybcur1相交的直线Bl1；等距偏置辅助中心直线Refl2，得到与叶盆偏置曲线ypcur1相交的直线Pl2；等距偏置辅助中心直线Refl2，得到与叶盆偏置曲线ypcur1相交的直线Bl2；步骤1.5：对stl1、Pl1、ypcur1、Pl2、stl2、Bl2、ybcur1、Bl1八条线进行修剪，得到封闭环的曲线组，在Pl1与ypcur1相交处进行倒圆处理得到连接圆弧s1，在ypcur1与Pl2相交处进行倒圆，得到连接圆弧s2；在Bl1与ybcur1相交处倒圆得到连接圆弧s3，在ybcur1与Bl2相交处倒圆得到连接圆弧s4；得到由首尾相连的12条线组成的可参数化的伸根外形截面线组{stl1、Pl1、s1、ypcur1、s2、Pl2、stl2、Bl2、s4、ybcur1、s3、Bl1}；步骤2：得到辅助几何体：以伸根外形截面线组为拉伸对象，基准平面法向为拉伸方向，拉伸得到辅助几何体B；步骤3：创建桥接曲线：以伸根外形截面组为上边界，以榫头外形模型顶部截面为下边界创建多条桥接曲线，桥接曲线两两之间不交叉；其中以榫头外形模型顶部截面的四个角点为下控制点，以对应的伸根外形截面组的四个角点为上控制点创建的四条桥接曲线是关键引导线，与线stl1相连的桥接曲线为关键引导线q1，q2，与线stl2相连的桥接曲线为关键引导线q3，q4；步骤4：利用蒙皮法得到伸根外形的自由曲面：以{Pl1、s1、ypcur1、s2、Pl2}形成的相切曲线串为第一截面线，以榫头外形模型顶部截面上与第一截面线同侧的棱边为第二截面线，以第一截面线和第二截面线之间的桥接曲线为引导脊线，采用蒙皮法创建伸根自由曲面F1，且自由曲面F1在第一截面线处与辅助几何体B之间G1连续，在第二截面线处与榫头外形模型之间G1连续；以{Bl1、s3、ybcur1、s4、Bl2}形成的相切曲线串为第三截面线，以榫头外形模型顶部截面上与第三截面线同侧的棱边为第四截面线，以第三截面线和第四截面线之间的桥接曲线为引导脊线，采用蒙皮法创建伸根自由曲面F2，且自由曲面F2在第三截面线处与辅助几何体B之间G1连续，在第四截面线处与榫头外形模型之间G1连续；步骤5：边界控制法得到伸根外形的其余平面：以伸根外形截面线组为边界创建平面P1，以榫头外形模型顶部截面的四个棱边为边界创建平面P2，以stl1、L1、q1，q2为边界创建平面P3，以stl2、L2、q3，q4为边界创建平面P4；步骤6：将由自由曲面F1，F2，平面P1，P2，P3，P4形成的封闭伸根外形曲面体转化为实体，得到最终的伸根外形实体。