基于特征造型技术的涡轮叶片参数化设计

针对航空发动机涡轮气冷叶片的结构特点,提出了叶片参数化建模的特征分类形式.然后,利用特征造型技术开发涡轮叶片的参数化设计系统;并以直背涡轮叶片为具体实例阐述了该参数化模块的开发过程,为航空发动机典型结构件的参数化奠定了基础.      

航天飞行器铸件舱段结构快速设计方法

为提高航天飞行器铸件舱段在方案论证阶段的结构设计效率、设计质量和迭代效率，基于航天飞行器复杂曲面结构特点对铸件舱段结构特征参数进行研究，提出曲线比率法以描述纵筋参数化布局；定义骨架模型发布元素，以实现铸件舱段的Top-Down设计。提出航天飞行器铸件舱段结构快速参数化设计方法，通过定义特征命名规则和创建特征集合实现建模规范化，通过封装舱段设计知识实现设计快速化，通过创建特征参数和公式实现特征参数化。通过建立交互式铸件舱段结构快速设计环境，实现铸件舱段结构的快速实例化、快速修改，并以航天飞行器铸件舱段为例验证了所提方法的可行性和有效性。      

基于STEP的航空发动机工作叶片特征建模

对并行工程环境下航空发动机转子工作叶片基于特征的设计进行了研究和探索.在对叶片的结构特点进行分析的基础上,借助参数化特征建模技术,按照STEP(AP203/AP214)标准,建立了工作叶片的特征体系结构,并以此实现了一个三维实体特征建模系统.继而,在实现了模型由设计平台向分析平台的传递之后,成功地完成了模型的有限元静强度和振动分析.      

带冠空心冷却叶片的三维应力分析

带冠的高温空心冷却叶片,由于它的形状复杂,工作时所承受的离心力大,温度高,气动力分布极不均匀,因此,到目前为止,尚未见到准确可靠的计算方法,一般只能靠实验或统计的方式来解决生产使用中出现的问题。 为试图解决此一问题,我们采用高阶的三维等参元素来离散复杂的叶片形状,用节省内存空间而精度又高的波前法来求解此特大型方程组,用高阶双三次Coons样条插值函数来拟合叶型的空间曲面。为验证本方法和程序的可靠性,计算了各种例题,做了真实叶片的高速旋转实验,它们都证明了本方法是可靠的,计算精度是满意的。 本方法的适应性也较强,它可以计算实心和空心的、带冠的和不带冠的、伸根的或非伸根的、高温或常温的各种类型叶片。     

涡轮叶片的网格参数化方法及其寿命可靠性优化

涡轮叶片的寿命可靠性优化对保障发动机安全，提高发动机使用寿命具有重要意义。传统的确定性优化由于没有考虑不确定性因素的影响，其结果往往导致结构可靠性低，严重威胁发动机的安全。针对复杂的含气膜孔几何变量的涡轮叶片几何构型，提出局部参数化网格变形方法，在关注的叶片前缘部分采用六面体网格，并利用局部网格变形法实现其参数化变形，其他部分采用四面体网格，以缩短其网格划分时间，提高其网格划分效率。所提方法实现了不确定条件下的含气膜孔几何变量涡轮叶片的寿命可靠性优化，在满足可靠性约束和几何约束的条件下，使得涡轮叶片基于不确定性的寿命均值提高了18.36%。     

直升机概念设计中的部件参数化

为了满足直升机概念设计阶段对方案快速建模的要求,在面向对象技术的基础上提出了直升机概念设计阶段部件的建模分类方法,并且建立了一个计算机辅助直升机概念设计系统.应用非均匀有理B样条NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面和基于特征的部件造型技术,实现了各种型式直升机方案的参数化建模.其中结合设计参数提出了旋翼的桨叶、桨尖、桨毂以及整流罩的描述参数,并对涵道尾桨进行了分段造型处理.最后给出了该系统中生成的两个设计方案作为实例以验证所提出方法的便捷性和有效性,这些方法也为进行设计方案的性能分析和优化等后续工作奠定了基础.      

水泵叶轮的流动叠加设计方法与CFD仿真

叶轮叶片是复杂的空间曲面体,它直接影响到水泵的水力性能及运行稳定性.发动机水泵叶轮流动叠加设计是通过分析流体的流动规律,按其流动轨迹进行叶轮设计,将流体在离心水泵内的流动看作叶轮静止时的轴向和径向流动和叶轮旋转时的周向流动的叠加,从而用绕角流动和源环流的流体流动规律设计出叶轮的轴面轮廓和叶片骨线.通过CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真,可以证明该方法从结构上避免了流体流动过程中由于空间的相对不均而造成的压力不均,减轻了回流、二次流,相应地减少能量的损失,提高水泵的效率.     

用变形模型整体构造B样条曲面方法研究

传统的造型方法都是基于纯粹的几何模型,通过几何上的型值点或边界曲线定义曲线或曲面,难于进行交互修改.基于物理模型的变形曲线、曲面造型方法将参数化几何描述方法与力学原理结合起来,使曲线曲面变形形态在一定程度上与弹性梁和薄壳相似.设计者可以通过施加于变形曲线曲面上的力或约束,或改变曲线曲面本身刚度来改变其局部或整体形状,克服了局部控制与总体光顺的矛盾.该造型方法已在光顺、N边域构造以及曲面的光滑拼接和过渡面构造等领域得到应用.      

航空发动机螺栓连接薄层单元建模方法

螺栓连接广泛应用于航空发动机结构中,对航空发动机动力特性有重要影响.薄层单元法能够很好地模拟复杂连接结构并保持结构完整性.以薄层单元法为基础,给出航空发动机螺栓连接结构薄层单元法参数化建模原理,研究薄层单元材料参数对螺栓连接刚度的影响规律,并从理论推导出发确定薄层单元相关材料参数,最后将该方法应用到实际结构中,并与精细有限元模型结果对比,从而验证薄层单元法的正确性和应用前景.研究结果表明:薄层单元法能够很好地模拟航空发动机螺栓连接结构;对轴向、弯曲刚度起决定作用的是薄层单元轴向弹性模量,对剪切刚度起决定作用的是薄层单元xy、xz平面的剪切模量;薄层单元材料参数能够用螺栓连接结构参数示出.      

适应弯扭隔肋的涡轮叶片多种扰流肋造型方法

针对弯扭冷却通道内扰流肋的特点,提出了基于等距曲面的扰流肋造型方法,用隔肋等距面和叶盆或叶背等距面裁剪平板工具体得到肋条,以此为基础完成扰流肋建模.深入分析了该方法的原理;提出隔肋面自动识别和曲面匹配算法;提取了关键造型参数;给出了基于草图的参数化实现方法,并在UG上开发出了造型模块,实现了适应弯扭隔肋的多种扰流肋造型.      

涡轮叶片导管快速建模

导管是涡轮叶片冲击冷却的核心部件。为实现复杂冷却结构叶片导管的快速建模,提出了创成式导管快速建模方法。首先应用截形法构建适应叶片内腔几何形状的管身截面线以创建管身,然后应用截交包络裁剪法与特征等弧长阵列方法保证了导管冲击孔与导管突起的建模稳定性与建模效率,并构建了突起定位迭代公式,保证了导管与叶片内腔的配合精度。最后采用UG Open API工具开发了导管快速建模程序,验证了所提方法的可行性。      

基于离散数据点的变壁厚叶身参数化设计

在原始截面离散数据点的基础上,给出了面向工程实际的中弧线几何造型方法和基于离散数据点的内形曲线参数化方法;深入分析了UG(Unigraphic)系统参数化造型的实质;给出了可行的参数化方案;结合面向对象的思想和创成式的建模方式,实现了变壁厚叶身参数化设计.该模块基于UG/OpenAPI接口,采用即时记录数据点和标记回溯点的方式,在交互中可以实时动态修改,达到"所见即所得"的效果,并在实际应用中得到有效验证.      

低可探测机身参数化造型与优化

为提高低可探测机身外形造型效率,在概念设计中针对典型机身剖面研究了参数化造型方法.定义了若干设计参数对B样条的控制顶点进行调整,从而用单条B样条表示出机身和座舱盖的典型剖面,包括尖劈及凹凸曲线等.以此为基础,构造了一系列参数化剖面曲线模板,调整选用模板的参数生成机身各站位处外形,从而实现了机身快速造型.最后,利用提出的方法建立了两种隐身飞机概念方案的外形,并以侧向雷达散射截面为目标分别进行了优化,验证了该方法在机身外形优化中的有效性.      

面向气热耦合的涡轮叶片计算域模型建模方法

针对冷却结构复杂的涡轮叶片在气热耦合数值模拟中计算域模型建模效率低、模型质量不稳定以及对数值模拟适应性差等问题,分析面向制造的涡轮叶片模型及建模方法,结合气热耦合数值模拟对涡轮叶片数值模拟的实际需求,提出一种面向气热耦合的涡轮叶片计算域建模方法。通过外型冷却特征自动定位生成算法,创建涡轮叶片冷气域部分;通过自适应管道求交算法、边界自动匹配算法,创建能够适应不同叶型的涡轮叶片燃气域部分;此外,在创建流体域的过程中提取气热耦合数值模拟所需的关键几何特征及非几何信息,并与冷气域、燃气域、叶片实体集成,完成气热耦合计算域模型的生成。基于以上研究开发涡轮叶片气热耦合计算域模型快速建模系统,验证所提方法的有效性。      

复合弯扭涡轮叶片尾缝的快速建模

尾缝是涡轮叶片中的重要冷却结构.为解决复合弯扭叶片尾缝的精确建模问题并提高其建模效率,提出了包含尾缝工具体创建和尾缝窗口创建过程的创成式尾缝快速建模方法.首先通过叶身内外型截面线自动匹配算法、叶盆叶背曲线方位判断算法,创建具有和叶身相同或相近弯扭状况的尾缝工具体.之后借助自定义的数据结构记录各组尾缝窗口信息,创建多组不同规格的尾缝窗口,完成尾缝建模.最后使用UG Open API工具开发了尾缝快速建模程序,并通过实例验证了所提出方法的可行性.      

基于CAD模型的涡轮叶片误差检测系统

涡轮叶片型面误差检测是其制造过程中的重要环节.研究了涡轮叶片型面误差检测关键技术的实现方法,提出了基于测量数据的叶片截面关键参数的自动提取方法以及测量数据与计算机辅助设计(CAD)模型的坐标配准方法,制定了衡量叶片截面轮廓度、倾斜度、弯曲度和扭曲度的评估指标,并基于UG平台开发了叶片型面误差检测系统.应用实例表明,该系统可显著提高叶片的误差检测速度和分析质量.