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.      

基于COM/DCOM的分布式零件参数化 设计系统的研究

为解决基于UG(Unigraphics)的零件分布式设计的问题,分析比较了UG二次开发的两种模式,提出了一种基于零件库的通用参数化设计方法.采用COM(Component Object Model)方式建立了一个基于UG外部开发的通用参数化设计组件,利用DCOM(Distributed Component Object Model)实现了该组件的网络化,并在此基础上选用分布式三层网络模型,构建了一个基于COM/DCOM的分布式零件参数化设计系统,实现了LAN(Local Area Network)下对零件进行参数化设计的功能.      

二次曲面拟合与拟合参数不确定度分析

由离散点进行二次曲面拟合问题可归结为存在约束条件的非线性优化问题,在总结了拟合参数初值计算和优化算法的基础上,研究了点位的坐标测量误差对拟合参数和曲面轮廓度评价的影响.给出了评价二者不确定度的解析方法和Monte-Carlo模拟方法,并指出,对于实际的测量数据,只有采用Monte-Carlo模拟方法进行拟合参数和轮廓度的不确定度评价才是可靠的.仿真实验和实物测量实验表明,给出的二次曲面拟合方法和不确定度估计方法是正确的.      

基于知识集成模型的产品快速设计

为提升现有CAD(Computer-Aided Design)系统对设计知识的重用能力,提出 了设计知识的分层描述和集成建模方案,并给出了具体实施方法.将设计知识划分到构型层 、设计层和造型层3个抽象层次,基于UG(Unigraphics)平台的知识熔接语言(KFL,Knowl edge Fusion Language)和Open++实现了各层设计知识的描述与集成.构建了知识集成模型 的创建和重用支撑系统框架.作为应用实例,在UG平台上开发了专用减速器快速设计系统.      

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.      

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.      

以NURBS为基础的造型方法

讨论了基于ＮＵＲＢＳ的算法和造型方法，所给出的ＮＵＲＢＳ曲线、曲面的插值算法，不仅插值于数据点，而且插值于数据点上的权。为Ｓｋｉｎ造型方法提供了基础，还讨论了ＮＵＲＢＳ曲线，曲面退化情况及其处理，展示了ＮＵＲＢＳ方法可以容纳许多复杂的形状，最后，给出了基于ＮＵＲＢＳ的造型方法，如Ｄｒｉｖｅ曲面、Ｓｋｉｎ曲面的造型方法，为用户提供了方便地造出适合于工程应用的复杂形状的方法，上述讨论表明ＮＵＲＢＳ的表     

三维公差分析中工程尺寸驱动原理与应用

由于产品标注的工程尺寸和建模参数之间存在差异,参数化驱动技术在公差分析中的应用范围受到限制,提出了基于工程尺寸驱动技术的公差分析方法.将传统尺寸转化为产品模型上几何元素之间的约束关系,分析工程尺寸集和建模参数集之间的映射机理;把工程尺寸的驱动问题转化为非线性方程组的求解问题,并采用牛顿迭代法进行计算.这些方法在UG系统上得以实现,并通过实例分析进行了验证.     

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.      

用射线法研究复杂目标的电磁散射特征

应用计算机图形学中的曲面造型方法给出目标精确的数学外形,将之离散为三角面元,并采用拓扑结构来描述几何元素之间的关系;利用射线追踪法模拟射线束的多次反射,同时求出扩散因子、磁场方向和相位差;在最终反射点处采用物理光学积分求远场散射,叠加每一射线束的贡献,进而得出耦合雷达散射截面值.为减小射线追踪过程中的计算量,采用了加速算法.给出了作为特例的翼身组合体的计算结果.     

基于引导线的涡轮气冷叶片伸根建模方法

发动机涡轮气冷叶片伸根段是复杂的过渡曲面,设计过程繁琐.针对伸根段的几何结构特征,提出了基于引导线的伸根过渡曲面建模方法,由伸根段边界条件生成引导线,使用最小能量法优化引导线,以此为基础完成伸根段的建模,实现了指定高度截面面积修改.开发了伸根段参数化建模模块,提高了叶片设计效率,并为航空发动机复杂过渡曲面参数化建模提供参考.     

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。      

单晶叶片材料蠕变试验研究

针对单晶材料涡轮叶片的蠕变计算分析的需要,对我国自行设计的单晶材料DD3进行蠕变试验,根据试验结果提出了进行曲线拟合的方法,并与有限元法计算相结合,对拟合出的蠕变律常数进行了修正,提出了较好符合试验曲线的较精确的Norton蠕变律有关常数A、n和p值,满足了单晶叶片非线性有限元蠕变分析的要求.     

曲率连续造型方法对激波噪声的影响机理

激波噪声是大涵道比涡扇发动机噪声的主要来源。为降低风扇/压气机叶片叶尖产生的激波噪声，对轴向亚音、相对超音的基元级叶型前缘脱体激波系进行研究。基于几何Hermit差值法（GHI）思想，提出一种3段式贝塞尔（Bezier）曲线构造曲率连续前缘叶型的方法，在完成改型设计时拥有更高的自由度。通过改变前缘上3段Bezier曲线间过渡点位置，探究局部曲率优化、整体曲率优化及带厚度补偿的改型方式对前缘处外伸激波强度和激波噪声的影响。通过对比研究不同数值模拟，结果表明：曲率连续前缘设计能减小叶型前缘处过膨胀区大小，减小由此产生的逆压梯度；局部曲率优化和整体曲率优化的方式能够分别在距前缘1倍弦长处降低噪声1.6 dB和4.6 dB。     

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.      

跨介质运动物体的附加质量

跨介质运动物体具备能够适应多种流体介质环境的突出优势,但由于受自由面及流体影响,力学环境复杂,其运动特性难以预测。附加质量法是工程上解决物体与流体耦合问题的常用方法,但现有的附加质量结论无法直接推广到带自由面问题的跨介质过程。针对跨介质过程的时变附加质量问题,提出了一种新的求解方法,研究了不同浸深时某柱体外形跨介质过程中出水阶段和入水阶段的附加质量变化规律。结论表明:出水阶段和入水阶段的附加质量随浸深的变化趋势一致,曲线相似;相同浸深状态时出水阶段和入水阶段的法向附加质量相近,线性特征明显;相同浸深状态时出水阶段和入水阶段的轴向附加质量、附加转动惯量和附加静距差距明显,2个过程不可逆。本文所提出的方法可为各类跨介质结构体设计提供技术支持,也可推广至其他带自由面问题的附加质量求解中。      

跨音速风扇全环叶片颤振特性的流固耦合分析

发展了求解叶片颤振问题的流固耦合计算方法和全环叶片振动的气动弹性模型,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片振动方程并交换边界信息;流体域求解了非定常雷诺平均N-S方程,得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动力学方程得到.颤振分析是在全环叶片模型上进行的,并解除了预先设定叶片间相位角的限制.此方法的显著特征是在一次气动弹性计算过程中,可同时分析叶片多个固有模态、多个节径下的气动弹性稳定性,大大提高了使用时域法进行叶片排气弹分析的计算效率.考察了NASA rotor 67风扇全环模型在堵塞点、最高效率点和近喘点3个气动工况下,节径变化对叶片气动弹性稳定性的影响,给出了不同模态下气弹最不稳定状态对应的叶片振动节径形式.结果表明,振动形式对于叶片气动弹性稳定性的影响很大.     

基于接触状态分析的叶冠阻尼评估与改进设计

采用基于接触状态分析的干摩擦阻尼结构设计方法,针对某型带冠涡轮叶片进行了阻尼评估与改进设计.接触状态包括接触形式和接触参数,通过接触形式从结构上判断结构设计的合理性;通过接触参数从力学性能上评价叶冠的阻尼效果.对叶片的动力特性、接触状态和振动响应进行综合评估分析,找出叶冠结构设计不足之处,并指出具体的改进措施,使叶冠的接触状态及振动响应得到一定的改善,并找到叶冠弦宽稳定工作范围.接触状态能够细致反映出叶冠工作状态下真实的接触情况,为叶冠结构设计和阻尼效果判定提供了更准确、详尽的参考依据.     

跨声风扇转子的BVF气动优化方法

将加功量作为目标函数并结合边界涡量流BVF (Boundary Vorticity Flux)这 个诊断因子,对某高性能跨声风扇转子进行了优化.通过基于局部动力学的BVF诊断可以捕 捉到流场分离流动在叶片表面上的物理根源,可以清晰的显示出激波结构.尽管优化后加功 量增大,但因为BVF分布改善,激波结构和分离流动被良好地控制.三维粘性N-S(Navier-S tokes)程序计算结果表明,风扇转子在近峰值效率工况下压比提高了7.69%,效率提高了1.9 2%,在全工况范围转子性能都得到了较大提升.基于BVF诊断的优化手段在风扇/压气机的优 化中可起到很大的作用.