三元整体叶轮的曲面造型及其计算机辅助制造技术

针对一种三元整体叶轮,采用B样条方法对叶片中性面上顶部和根部的两组数据点进行了插值曲线的反算,进而构造出直纹面形式的叶片中性面和叶片曲面;研究了在五坐标机床上采用球头棒铣刀侧铣加工叶轮时的刀位计算方法,给出了在UG环境下的叶轮曲面建模方法及其数控加工仿真步骤。     

航空发动机直纹叶片的线形特征点云构造算法

针对航空领域形状复杂、高精度的直纹叶片曲面的逆向设计问题,借助该类叶片曲面的几何特征,提出一种线形特征点云的构造算法.在对叶片散乱点云边界进行快速识别的基础上,采用反投影法提取直纹母线矢量,利用退火算法求解边界数据点配准的多目标优化问题,以实现边界点云数据的非刚性配准.根据配准结果构造等分点,进而得到规则有序的线形特征点云,达到快速生成高质量叶片曲面的目的.本算法在处理直纹叶片点云数据方面具有较好的效果.对直纹叶片的曲面重建具有一定的理论意义和应用价值,通过实验验证了该算法的可行性.     

开式整体叶盘叶片型面数控抛光编程与工艺实验研究

针对开式整体叶盘叶片型面数控抛光,首先介绍多坐标数控抛光机,然后提出分段直纹面拟合叶片型面,并利用分段直纹面的偏置面直母线生成刀位轨迹,最后进行了数控抛光参数优化实验,实现了整体叶盘叶片的自动化高效精密抛光,提高了整体叶盘的表面质量.     

某小型高速离心叶轮的优化设计

针对某小型高速离心压气机叶轮的叶片厚度和子午流道线形进行改形,并利用商用软件Fine/Turbo对改形后的叶轮进行全三维数值计算.计算结果表明:经过优化的叶轮在设计点绝热效率提高2.4%,并且具有较高的稳定裕度.另外,将径流式叶轮改叶轮为斜流式可以减少叶轮出口区域的气流分离,但以降低其扩压能力为代价.      

透平机叶轮叶片五轴数控粗加工优化方法的研究

为提高透平机叶轮叶片的加工质量和效率,在粗加工阶段,提出采用侧铣方法代替传统五轴数控加工中点铣,实现高效加工。基于多片直纹面包络叶片型面,提出一套复杂曲面蜕变直纹面方法,并给出相应算法,实现侧铣加工。以喷推叶轮为例,采用UG-NX进行建模与数控编程,用VERICUT刀轨仿真,通过加工路径的比较,对加工效率进行量化分析。结果表明,采用分段侧铣方法,生成的刀轨刀轴矢量变化均匀,刀具和零件未发生干涉,加工效率和加工质量明显得到提高。     

风扇与轴流离心压气机一体化通流设计方法

在叶轮机设计的流线曲率法反问题中,统一了基于圆柱坐标系下流面角γ,λ的和流线准法线上流面角的两种叶片力分解方法,得到了适合于轴流、斜流和离心压气机的动量主控方程.提出一种双涵道叶轮机的一体化通流反问题方法,采用分流机匣变位或者涵道比变化这两种自动调整措施.将流线曲率法应用于双涵道叶轮机加以组合压气机的一体化通流设计.设计了某双涵道、双转子、轴流离心组合的压缩系统,用计算流体动力学(CFD)方法检验了可行性和适应性.讨论了轴向速度比的物理意义及在通道自动调整的轴流级通流设计中的应用,给出相应设计算例.      

三元整体叶轮的几何造型与数控加工刀具路径规划

采用三次B样条曲线对叶轮中性面上盖盘和轴盘的两组数据点进行插值，得到盖盘曲线和轴盘曲线，进而得到直纹面形式的叶轮中性面；按照叶片的厚度做盖盘曲线和轴盘曲线的变距偏置曲线，得到叶片曲面的直纹化表达式；在此基础上，讨论了三元叶轮加工的刀具路径规划方法，给出了确定球头刀刀心位置和计算残留误差的两种迭代算法，最后给出了加工实例。     

径流式叶轮机S_2流面半反命题、A型杂交命题变分原理族及对混流式的推广及其应用

(一)文[4、5]建立了轴流式叶轮机S_2流面半反命题、A型杂交命题的变分原理,为应用有限元方法和其它变分直接解法提供了较完备的理论基础。但是由于相应尤拉方程组解的不定性,这两族变分原理并不适用于径流式叶轮机。     

离心叶轮全三维反问题方法设计误差稳定性研究

用流线曲率全三维反问题方法和引入滑移因子模型的准三维流线曲率反问题方法设计了叶片数不同的和增压比不同的小型高速离心叶轮.用商用计算流体力学(CFD)求解器估算了这些叶轮的性能.对比了这两种反问题方法的设计误差稳定性,考察了分流叶片对设计误差的影响.结果表明,流线曲率全三维反问题方法能够根据叶片负荷对叶片设计做出恰当调整.较准三维反问题方法,流线曲率全三维反问题方法所设计叶轮的增压比普遍偏高.随叶片负荷增加,较准三维反问题方法,流线曲率全三维反问题方法的设计误差变化较小,即其设计误差稳定性明显较好.分流叶片对准三维反问题方法设计结果的影响明显较小.      

开式整体叶轮加工关键工艺技术研究

首先分析了该类零件的几何特点以及加工难点,然后提出了粗加工以及精加工当中的关键技术。阐述了插铣粗加工中,有关叶片直纹包络面的构建,刀轴矢量的选择;精加工中叶片整体加工中使用参数法规划均匀的刀具切削轨迹等关键技术。最后利用VERICUT软件,进行了加工仿真的验证,并且加工完成了开式整体叶轮的加工实例。     

Leitz叶轮检测方案

整体叶轮作为动力机械的关键部件,广泛应用于航空航天等领域.叶轮叶片的型面非常复杂,对发动机性能影响大,设计研制周期长,制造工作量大.其加工、检测一直被视为制造业中的难题之一,叶轮加工过程中的全面质量控制是叶轮制造过程中的重要环节. 叶轮主要检测位置有叶片、流道和前缘等,参见图1.检测项目有叶片轮廓度和厚度、叶尖和内流道轮廓度、前缘轮廓度等. 叶轮检测的难点在于: (1)叶轮叶片属于自由曲面(包括窄流道),叶片扭曲严重,测量时极易发生干涉.自动生成无干涉探针移动轨迹比较困难.     

径流与斜流涡轮设计的通流反问题方法

自主发展了径流及斜流涡轮的准三维流线曲率法通流设计程序,应用该程序给出了一项500 N推力级微型涡喷发动机斜流涡轮的气动设计和叶片造型.通过计算流体力学检验和整体叶轮强度检验,该微型斜流涡轮超过了预定的设计指标.为实现径流涡轮和斜流涡轮设计反问题的统一,流线曲率法的S_2,m流面准径向平衡方程是沿流线方向m和流线的准法线方向口写出,该系统也可用于轴流涡轮的设计.采用了在所有计算站上的"全可控涡法"进行气动设计.      

向心透平叶片角动量分布的优化

 以n条子午流线,给出满足约束条件的各自角动量分布的若干不同组合构成初始复合形,做复合形每一顶点处该向心透平叶轮S2 流面与跨叶片面势流场分析,并以二元紊流边界层动量厚度计算经三元修正,分析叶轮效率,最终使复合形法成功应用于向心透平叶片角动量分布的优化。该方法也适用于离心叶轮中叶片加载量的优化。     

涡轮气冷动叶片伸根段参数化设计方法研究

提出了叶片伸根段控制截面线生成方法.将伸根段设计分为内型和外型两部分,通过直纹面插值法获取伸根内型截面线,再通过变壁厚法获取伸根外型截面线,详细分析了其中的关键技术和算法;提取了伸根设计参数,开发了伸根设计专用模块,实践证明,应用本模块进行伸根设计,可以极大提高伸根乃至整个叶片设计效率.     

航空发动机燃烧室参数化设计

为解决现有燃烧室设计方法中人工介入多、计算周期长的缺点，以及现有参数化方法中存在的局限性，提出采用参数化 数值仿真方法，将燃烧室数值仿真过程中的几何参数、网格参数和边界条件等需要多次修改的参数改为变量并提取，编程实现了 从几何建模、网格生成到求解和后处理环节的完全自动化；基于燃烧室设计流程建立燃烧室的一体化设计平台，通过该平台初步 计算得到了一种带直叶片3级旋流器燃烧室的几何模型，并采用参数化方法对其几何结构进行优化，优化后的燃烧室出口温度分 布系数达到0.235，接近设计要求值0.2。结果表明：采用参数化数值仿真方法可以将燃烧室初步设计周期降为不足传统方法的1/10， 证明了该参数化数值仿真方法的有效性好，一体化设计平台的可靠性高。     

微型离心叶轮流动损失分析与削弱

为了研究削弱微型离心叶轮内损失、提高其性能的方法,采用S-A湍流模型对微型涡喷发动机离心叶轮流动进行了三维数值模拟.分析表明流场中存在的三个主要涡流区是显著的损失源,它们的形成机理与通道内展向静压分布不均匀性造成的压力梯度有关.因此,从改善展向压力分布的角度对叶轮进行了改进设计以削弱流动损失.结果表明通过改进叶轮轴向长度、分流叶片前缘的位置和形式以及主叶片的叶片角分布可改善子午流道、分流叶片吸力面和通道内S2流面等处的展向静压分布,使之变化减缓、梯度降低,从而削弱了涡流的损失,使堵塞流量增加了约15％,叶轮峰值效率提高约7％,压比提高约6％.     

闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹规划

针对闭式整体叶盘通道开槽工艺问题,研究了叶盘通道五坐标开槽插铣加工方法。进行了闭式叶盘通道可加工性分析,给出了通道加工区域划分方法;基于最小面积原理研究了叶盘插铣通道边界最佳直母线求解算法,分别针对叶片曲面及叶盘内外环面,提出了通道偏置直纹包络面的生成方法,给出了闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹。研究结果表明:该方法能解决闭式整体叶盘通道插铣区域划分和直纹包络面生成问题,可有效实现闭式整体叶盘的五坐标开槽粗加工。     

径流及斜流压气机任意曲面叶型长短叶片的造型设计方法

发展了一套径流及斜流式叶轮机的任意曲面叶型长短叶片的造型方法,并在离心式压气机和斜流式压气机的设计中做了具体的应用。新发展了令叶片的厚度按三次样条函数沿流向分布的一种设计思想,得到了比较理想的叶片。同时在径流及斜流式压气机中使用分流叶片,引入了长短叶片的造型设计方法。通过CFD流场检验验证了这种叶片造型方法的可操作性和适用性。这为径流式以及斜流式叶轮机转子、静子的进一步气动优化设计奠定了基础。      

双函道叶轮机通流反问题的加质量法

在小函道比风扇级的设计中,本文将风扇转子叶片、外函、内函静子叶片的通流设计反问题与分流机匣的气动设计问题有机结合,而成为一个统一的双函道叶轮机通流反问题。在内函静子叶片流线、外函静子叶片流线、分流机匣流线和机匣位置四者实现一个统一的准径向平衡之后,造型出转子叶片、静子叶片和分流机匣,从而一次完成风扇级设计和确保准确函道比的机匣设计。实现本方法的关键是引入一个通流中的加质量流动。本方法可加入现有通流算法中。本方法的第二个重要应用是可对带减震凸台的转子叶片进行通流设计。      

某小型离心压气机扩稳优化设计

针对某小型离心压气机在低转速下失速裕度偏小的问题,对该离心压气机的离心叶轮进行了改型优化设计,以扩大其稳定工作范围.改型设计用的是轴流/离心压气机通用叶片造型设计方法,该方法以二维通流设计计算为基础,配以任意空间曲面造型方法,并通过三维CFD(计算流体动力学)计算检验改型设计的结果.通过修改通流设计控制参数和造型控制参数,成功的实现了对离心压气机子午流道和离心叶轮三维叶片的优化设计.结果表明,对该离心叶轮的改型设计,不仅使失速裕度得到明显提高,满足了设计需求,同时压气机整级的性能也得到了改善.