【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃气轮机领域，具体涉及一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法。
技术介绍
1、随着人们对大功率、高性能、高效率燃气轮机的日益追求，涡轮进口燃气温度不断提高，其运行温度远远超过叶片材料的熔点温度，如目前已投入运行的最先进的燃气轮机涡轮进口燃气温度已经达到1600℃，先进航空发动机的涡轮进口温度更是超过1800℃。确保燃气轮机涡轮叶片在如此高温环境下能够长时间安全可靠地运行主要有三方面的措施：一是不断提高涡轮叶片材料的耐热等级，二是采用先进的冷却技术以降低叶片温度，三是不断提高涡轮叶片隔热涂层的隔热效果。近年来，涡轮进口温度的提高主要归功于涡轮冷却设计水平的提高，其次是由于高性能耐热合金与涂层材料的发展及生产制造工艺水平的进步。显然，涡轮叶片冷却对提高涡轮进口温度，改善燃气轮机性能起到至关重要的作用。但这也导致涡轮叶片热负荷越来越高，给叶片的可靠性带来了较大的挑战。
2、近年来，人们对叶片冷却结构进行了大量研究，提出了多种新型冷却结构，但通过单一的冷却结构往往不能达到有效的降温量级，通常每型叶片结合多种冷却结构来进一步降低叶片温度，这就造成了设计的叶片结构越来越复杂。但是达到理想的降温量级还要兼顾强度可靠性，复杂的结构包含了大量的边角结构造成应力集中，一型叶片的定型通常需要经过多轮结构优化改善，但是如此复杂的结构，每一轮修改都需要耗费大量时间，延长了研制周期，因此迫切需要一种方法可以快速地进行结构修改。
3、水滴形扰流柱作为新型的冷却方式，相比于传统的圆柱形扰流柱具有增加流体换热能力，同时由
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，只需要在输入文件中修改结构的特征参数，即可快速自动的进行三维建模，大大节省建模时间。
2、一种涡轮冷却叶片圆形扰流柱参数化设计方法，包括以下步骤：
3、s1，原始叶型外型截面数据获取；
4、s2，原始外型数据点处理；
5、s3，原始外型线扩展；
6、s4，扩展后外型线偏置；
7、s5，半劈缝特征参数定义与给定；
8、s6，扰流柱特征参数定义与给定；
9、s7，扰流柱特征参数定位点输出.dat文件；
10、s8，水滴型线坐标点输出.dat文件；
11、s9，ug openapi特征点数据读入输出.dll可执行文件；
12、s10，ug执行.dll文件。
13、进一步地，所述s1中根据气动设计，获取原始外型线，将其分割成n个截面，并将其从前缘至尾缘截断，分为压力面型线，吸力面型线，同时保证每条外型线吸力面和压力面的提取点数相同。
14、进一步地，所述s2中建模软件输出的每根型线的数据点的起始和终止点如果不同，需要对数据重新进行排序，同时保证压力面型线与吸力型线起始点相同，以及压力面型线与吸力面型线的起点均从叶片前缘出发，终点为尾缘。
15、进一步地，所述s3中通过编程，以每个截面型线的起始点为基准，遍历各点，求取各个相邻型线的间距，其中第一个和最后一个区间的间距定义为l根和l顶，通过区间两侧截面的前缘点坐标的差值可以求得其拉伸向量，将第一个和最后一个截面各向外侧偏移一指定距离，获得扩展后的原始外型线。
16、进一步地，所述s4中通过编程，获取型线内法线方向，进行型线偏置，具体方法为吸力面型线数据点为s{i}(j,:)，压力面型线数据点为p{i}(j,:)，其中i为第i个截面，j为该型线第j个点，后面的冒号表示坐标，则吸力面型线第j点的型线向量为s{i}(j+1,:)-s{i}(j-1,:)，第i个截面第j个点的叶高向量为s{i+1}(j,:)-s{i-1}(j,:)，则两个向量的叉乘即可求得第i个截面第j点的型线法向向量，求得其单位向量后，与给定的型线偏置距离以及该截面外型线坐标相乘即可求得内型线坐标，同理可求得压力面内型线坐标，同时由于叶片尾缘一般较薄，吸力面与压力面各向内偏移指定距离后有可能造成内型线交叉，通过给定尾缘直径，编程遍历内型线各点，将交叉部分型线点自动剔除并自动圆角。
17、进一步地，所述s5中通过编程采用遍历法，获取每个截面尾缘内型线的两个切点a’、b’，以及尾缘外型线的端点d’，通过a’b’得到其单位方向向量m，通过b’d’得到其单位方向向量n；通过向量m和向量n叉乘可以求得叶高向量x，将b’点沿着向量n方向向内型线方向移动一定距离，同时沿着向量m方向向a’点方向移动一定距离得到点b，防止造型过程中与叶片实体未穿透，以致修剪失败；在点b基础上沿着向量m方向移动h1距离得到点a；通过向量n，收缩角α，以及长度l1确定点c；通过向量n以及距离l2确定点d；通过向量n与向量x叉乘求得向量y，以及距离h3进而求得点f；通过向量ac与向量x叉乘求得向量z，以及距离h2进而求得点e，依次求得各个截面的点abcdef，编程软件将n个截面上每个特征定位点的坐标输出。
18、进一步地，所述s6中基于s5获得的各截面的定位点abcde，首先将叶片从叶根至叶顶分成n个截面，n-1个区间，记录每个截面距第一个截面的距离为li，定义mi向量为半劈缝中求得的相邻截面的b点坐标求差后的单位向量，即单位展向向量；ni是半劈缝中求得的点b与点d坐标求差后的单位向量，即单位弦向向量；zi向量是mi与向量ni的叉乘，定义为各个圆心的法向拉伸方向，以第一个截面的尾缘点为基准，通过初始距离lx乘以单位弦向向量n1、ly乘以单位展向向量m1进行第一个圆心点定位后，利用给定的扰流柱行间距cy初步确定第k个定位点距离叶根截面的距离，将其与各区间距离li相比较，确定其所在区间(i)，采用叠加法进行法向展向定位，即(ok＝ok-1+cy*mi)，其中，ok为展向第k个扰流柱的定位坐标，ok-1为展向第k-1个扰流柱的定位坐标，同理，通过cx依次确定其余各列定位参数，圆柱的法向拉伸向量为zi。
19、进一步地，所述s7中依次将各排的扰流柱定位点坐标、各扰流柱的拉伸向量参数进行输出。
20、进一步地，所述s8具体包括以下步骤：
21、s8.1，原始型线数据点获取；
22、s8.2，给定面积a；
23、s8.3，三弯矩方程进行原始型线加密获取初始型线；
24、s8.4，进行初始型线缩放；
25、s8.5，将获取型线进行劈缝平面旋转；
26、s8.6，将劈缝平面旋转后的型线进行气流方向旋转；
27、s8.7，将气流方向旋转后的型线进行定位点平移定位。
28、进一步地，所述s9本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S1中根据气动设计，获取原始外型线，将其分割成N个截面，并将其从前缘至尾缘截断，分为压力面型线，吸力面型线，同时保证每条外型线吸力面和压力面的提取点数相同。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S2中建模软件输出的每根型线的数据点的起始和终止点如果不同，需要对数据重新进行排序，同时保证压力面型线与吸力型线起始点相同，以及压力面型线与吸力面型线的起点均从叶片前缘出发，终点为尾缘。
4.根据权利要求3所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S3中通过编程，以每个截面型线的起始点为基准，遍历各点，求取各个相邻型线的间距，其中第一个和最后一个区间的间距定义为L根和L顶，通过区间两侧截面的前缘点坐标的差值可以求得其拉伸向量，将第一个和最后一个截面各向外侧偏移一指定距离，获得扩展后的原始外型线。
5.根据权利要求4
6.根据权利要求5所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S5中通过编程采用遍历法，获取每个截面尾缘内型线的两个切点a’、b’，以及尾缘外型线的端点d’，通过a’b’得到其单位方向向量m，通过b’d’得到其单位方向向量n；通过向量m和向量n叉乘可以求得叶高向量x，将b’点沿着向量n方向向内型线方向移动一定距离，同时沿着向量m方向向a’点方向移动一定距离得到点b，防止造型过程中与叶片实体未穿透，以致修剪失败；在点b基础上沿着向量m方向移动h1距离得到点a；通过向量n，收缩角α，以及长度L1确定点c；通过向量n以及距离L2确定点d；通过向量n与向量x叉乘求得向量y，以及距离h3进而求得点f；通过向量ac与向量x叉乘求得向量z，以及距离h2进而求得点e，依次求得各个截面的点abcdef，编程软件将N个截面上每个特征定位点的坐标输出。
7.根据权利要求6所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S6中基于S5获得的各截面的定位点abcde，首先将叶片从叶根至叶顶分成N个截面，N-1个区间，记录每个截面距第一个截面的距离为Li，定义Mi向量为半劈缝中求得的相邻截面的b点坐标求差后的单位向量，即单位展向向量；Ni是半劈缝中求得的点b与点d坐标求差后的单位向量，即单位弦向向量；Zi向量是Mi与向量Ni的叉乘，定义为各个圆心的法向拉伸方向，以第一个截面的尾缘点为基准，通过初始距离Lx乘以单位弦向向量N1、Ly乘以单位展向向量M1进行第一个圆心点定位后，利用给定的扰流柱行间距Cy初步确定第k个定位点距离叶根截面的距离，将其与各区间距离Li相比较，确定其所在区间(i)，采用叠加法进行法向展向定位，即(Ok＝Ok-1+Cy*Mi)，其中，Ok为展向第k个扰流柱的定位坐标，Ok-1为展向第k-1个扰流柱的定位坐标，同理，通过Cx依次确定其余各列定位参数，圆柱的法向拉伸向量为Zi。
8.根据权利要求7所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S7中依次将各排的扰流柱定位点坐标、各扰流柱的拉伸向量参数进行输出。
9.根据权利要求8所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S8具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述S9中利用C语言进行编程，将S7输出的扰流柱拉伸向量读入，将S8输出的各水滴型线坐标点读入，并利用UG OPENAPI自带的C语言建模函数，如拉伸等函数，将建模命令编译为.dll可执行文件。
...【技术特征摘要】
1.一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述s1中根据气动设计，获取原始外型线，将其分割成n个截面，并将其从前缘至尾缘截断，分为压力面型线，吸力面型线，同时保证每条外型线吸力面和压力面的提取点数相同。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述s2中建模软件输出的每根型线的数据点的起始和终止点如果不同，需要对数据重新进行排序，同时保证压力面型线与吸力型线起始点相同，以及压力面型线与吸力面型线的起点均从叶片前缘出发，终点为尾缘。
4.根据权利要求3所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述s3中通过编程，以每个截面型线的起始点为基准，遍历各点，求取各个相邻型线的间距，其中第一个和最后一个区间的间距定义为l根和l顶，通过区间两侧截面的前缘点坐标的差值可以求得其拉伸向量，将第一个和最后一个截面各向外侧偏移一指定距离，获得扩展后的原始外型线。
5.根据权利要求4所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述s4中通过编程，获取型线内法线方向，进行型线偏置，具体方法为吸力面型线数据点为s{i}(j,:)，压力面型线数据点为p{i}(j,:)，其中i为第i个截面，j为该型线第j个点，后面的冒号表示坐标，则吸力面型线第j点的型线向量为s{i}(j+1,:)-s{i}(j-1,:)，第i个截面第j个点的叶高向量为s{i+1}(j,:)-s{i-1}(j,:)，则两个向量的叉乘即可求得第i个截面第j点的型线法向向量，求得其单位向量后，与给定的型线偏置距离以及该截面外型线坐标相乘即可求得内型线坐标，同理可求得压力面内型线坐标，同时由于叶片尾缘一般较薄，吸力面与压力面各向内偏移指定距离后有可能造成内型线交叉，通过给定尾缘直径，编程遍历内型线各点，将交叉部分型线点自动剔除并自动圆角。
6.根据权利要求5所述的一种涡轮冷却叶片水滴形扰流柱参数化设计方法，其特征在于，所述s5中通过编程采用遍历法，获取每个截面尾缘内型线的两个切点a’、b’，以及尾缘外型线的端点d’，通过a’b’得到其单位方向向量m，通过b’d’得到其单位...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙彦博，何建元，傅琳，牛夕莹，张馨，曲劲宇，周克家，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇三研究所，
类型：发明
国别省市：
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