一种整体叶盘及其曲线罩量调整方法技术

本申请提供了一种整体叶盘曲线罩量调整方法，包括：确定所述整体叶盘的曲线罩量参数，包括：固定叶根型面，在叶片的若干型面中选取不少于三个型面偏移量作为独立变量，若干型面的其余型面偏移量通过叶型径向坐标的三次样条插值得到；优化叶片罩量，包括：以叶片盆侧、背侧径向应力作为优化目标，将盆侧、背侧最大径向应力作为约束条件，构建优化模型，通过所述优化模型得到最优叶型。本申请提供的整体叶盘及其曲线罩量调整方法，可用于工程中复杂三维造型的叶盘结构局部点应力调整，具备一次即可满足各个截面罩量调整和不损失气动性能的优点，既能节省设计迭代次数，缩短研发周期，又能保证叶盘强度，满足可靠性要求。满足可靠性要求。满足可靠性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种整体叶盘及其曲线罩量调整方法


[0001]本申请属于航空发动机
，特别涉及一种整体叶盘及其曲线罩量调整方法。

技术介绍

[0002]随着航空发动机推重比的提高，对压气机和涡轮的要求也就越来越高，气动负荷和离心转速也在增加，叠加新材料、新结构的应用，航空发动机叶片的工作环境越发恶劣，尤其是航空发动机中开始才有整体叶盘结构，其对叶片的静强度设计带来了更大的难度。
[0003]叶盘工作中主要承受离心载荷、气动载荷，涡轮叶片还要承受温度载荷。叶片静强度设计一方面需要保证叶根、榫头截面的平均承载能力满足要求，这一指标主要受气动、总体方案的影响，一旦不满足要求可能需要方案重新设计；另一方面，叶片需要控制局部点应力水平，提高叶片抗高周疲劳的能力。控制叶片叶身局部点应力最常用措施即进行罩量优化，其基本原理为调整离心弯矩方向和大小，进而实现与气动弯矩的补偿作用。
[0004]目前在进行罩量调整时，仅考虑了叶身根部的应力平衡和补偿，无法兼顾叶身中下部的应力分布，同时也缺少对负责几何形状叶盘的局部点应力调整手段，无法一次完成多个应力不集中部位的罩量调整。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供了一种整体叶盘及其曲线罩量调整方法，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0006]本申请的技术方案是：一种整体叶盘曲线罩量调整方法，包括：
[0007]确定所述整体叶盘的曲线罩量参数，包括：固定叶根型面，在叶片的若干型面中选取不少于三个型面偏移量作为独立变量，若干型面的其余型面偏移量通过叶型径向坐标的三次样条插值得到；
[0008]优化叶片罩量，包括：以叶片盆侧、背侧径向应力作为优化目标，将盆侧、背侧最大径向应力作为约束条件，构建优化模型，通过所述优化模型得到最优叶型。
[0009]进一步的，选取的型面偏移量为三个。
[0010]进一步的，当所述型面偏移量为三个时，按三次样条插值得到第i 个叶型型面的偏移量为y
i
＝Ar
i3
+Br
i2
+Cr
i
+D
[0011]式中，A、B、C、D均为系数；
[0012][0013]B＝M1‑
A(r
u
+r
v
+r0)；
[0014][0015][0016][0017][0018]r0和r
u
、r
v
、r
w
分别为叶根和三个独立变化的界面叶型沿径向坐标；
[0019]y0和y
u
、y
v
、y
w
分别为叶型沿周向偏移量；
[0020]z0为叶型沿轴向偏移量；
[0021]M1、M2均为位移系数。
[0022]进一步的，在计算出各型面偏移量后，通过三维设计软件的几何阵列功能将原始叶型沿圆周方向进行阵列复制，将阵列偏移量设置对应型面的参数，采用阵列后的叶型进行造型。
[0023]进一步的，所述优化模型为：
[0024][0025]式中：σ
p
为叶盆侧最大径向应力，σ
s
为叶背侧最大径向应力，σ
n
为许用应力。
[0026]另外，本申请中还提供了一种整体叶盘，所述整体叶盘通过如上任一项所述的整体叶盘曲线罩量调整方法得到。
[0027]本申请提供的整体叶盘及其曲线罩量调整方法，可用于工程中复杂三维造型的叶盘结构局部点应力调整，具备一次即可满足各个截面罩量调整和不损失气动性能的优点，既能节省设计迭代次数，缩短研发周期，又能保证叶盘强度，满足可靠性要求。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0029]图1为本申请的整体叶盘曲线罩量调整方法流程图。
[0030]图2为本申请中的叶片型面位置示意图。
具体实施方式
[0031]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0032]本申请提出了一种整体叶盘曲线罩量调整方法，可以通过一次罩量即可完成整体叶盘多个局部应力集中部位的补偿调整，同时可以针对复杂三维造型叶盘结构开展罩量调整而无需对结构进行重新设计，既能保证气动性能，又可满足强度设计要求。
[0033]本申请提供的整体叶盘曲线罩量调整方法包括如下步骤：
[0034](a)确定叶片的曲线罩量控制参数
[0035]对于小尺寸压气机叶片和涡轮叶片，叶身应力最大部位一般位于叶根盆侧、叶根
背侧，位置可能偏前缘和尾缘，优化这类叶片盆侧应力、背侧应力分布通过固定叶根截面、沿周向平移叶尖截面即可完成罩量调整，因此控制参数只有一个，即叶尖截面的周向平移量u。
[0036]但对于大尺寸风扇叶片或部分弯掠叶片，其叶型重心积叠形式复杂，叶身高应力区域分布较为分散，有时可能位于叶身中上部，传统的直线罩量调整方式对缓解局部应力效果不明显，有时还会出现此消彼长现象，此时需要采取曲线罩量优化方法。
[0037]对于叶片的曲线罩量参数化，如果叶片存在N个初始型面，即可定义N个偏移量参数，但变量过多会带来优化效率下降问题，同时，叶型积叠轴控制自由度过多会影响叶型光顺性。采取的解决措施为叶根型面固定，在若干型面中选取不少于三个型面偏移量作为独立变量，其余型面偏移量按叶型径向坐标的三次样条插值得到。在本申请优选实施例中，型面偏移量选取三个即可，过多容易造成计算效率下降、过少计算精度会降低。
[0038]假设叶根和三个独立变化的界面叶型沿径向坐标分别为r0和r
u
、r
v
、 r
w
，叶型沿周向偏移量分别为y0和y
u
、y
v
、y
w
，则按三次样条插值得到第 i个叶型型面的偏移量为：y
i
＝Ar
i3
+Br
i2
+Cr
i
+D
[0039]式中：A、B、C、D均为系数；
[0040][0041]B＝M1‑
A(r
u
+r
v
+r0)；
[0042][0043][0044][0045][0046]M1、M2分别为位移系数；
[0047]z0为叶型沿轴向偏移量。
[0048]叶片罩量参数化是基于UG(三维设计软件)几何阵列功能实现，即在性能设计人员给出初始叶型设计基础上，依据上式计算出各型面偏移量并定义为参数，然后使用几何阵列功能将原始叶型沿圆周方向进行阵列复制，将阵列偏移量设置对应型面参数，采用阵列后的叶型进行造型。
[0049](b)叶片罩量优化
[0050]叶片罩量优化的目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整体叶盘曲线罩量调整方法，其特征在于，包括：确定所述整体叶盘的曲线罩量参数，包括：固定叶根型面，在叶片的若干型面中选取不少于三个型面偏移量作为独立变量，若干型面的其余型面偏移量通过叶型径向坐标的三次样条插值得到；优化叶片罩量，包括：以叶片盆侧、背侧径向应力作为优化目标，将盆侧、背侧最大径向应力作为约束条件，构建优化模型，通过所述优化模型得到最优叶型。2.如权利要求1所述的整体叶盘曲线罩量调整方法，其特征在于，选取的型面偏移量为三个。3.如权利要求1所述的整体叶盘曲线罩量调整方法，其特征在于，当所述型面偏移量为三个时，按三次样条插值得到第i个叶型型面的偏移量为y
i
＝Ar
i3
+Br
i2
+Cr
i
+D式中，A、B、C、D均为系数；B＝M1‑
A(r
u
+r
v
+r0)；)；)；)；r0和r

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一雄，杜青，郭跃，郭勇，丛佩红，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：