叶片参数化模型设计

叶片参数化模型设计

作者：安旭

对燃气轮机透平叶片进行参数化建模分两部分，对Hub和Shroud建模以及对Blade建模。

Blade建模由Hub和Shroud间多个位置2D叶形蒙皮成形(默认两个section，Hub位置上S1、Shroud位置上S2，S1、S2径向位置由REF_TRACE_HUB_R、REF_TRACE_TIP_R决定)。2D叶形包含中位线，压力面及吸力面。中位线包含参数叶片长度REF_LENGTH，安装角度CAMBER_GAMMA，金属角CAMBER_BETA1、CAMBER_BETA2，前缘半径LE_REDIUS，后缘半径TE_REDIUS。具体位置如图：

叶片压力面吸力面决定参数包含：控制点数PTNUM，伸展系数FACT，每个控制点到中位线距离TSS_N,TPS_N,后缘倾斜角TE_WEDGE_ANGLE，如图：

 

PTNUM控制Tss数量。压力面及吸力面都是Bezeir曲线，由C1, C2, Cn-1, Cn, Tss(n) 控制，直线C1C2垂直中位线端点，长度取4倍LE_REDIUS。直线Cn-1Cn与后缘圆相切，且与中位线尾端呈1/2 TE_WEDGE_ANGLE。FACT系数控制Tss点及Cn-1点在中位线上位置。

 参数NB决定叶片数量。

 

另一种叶片构型方法为11参数法，11参数法对轴流机2D轮廓进行建模。该方法有11个独立变量控制叶形生成，包括：

AIRFOIL RADIUS：叶片所在suction的径向半径

AXIAL CHORD:轴向弦长

TANGENTIAL CHORD:切向弦长

UNGUIDED TURNING:

INLET BLADE ANGLE:叶片入口角

INLET WEDGE ANGLE:入口楔角

EXITE BLADE ANGLE:叶片出口角

LEADING EDGE RADIUS:前缘半径

TRAILING EDGE RADIUS:尾缘半径

NUMBER OF BLADES:叶片数量

THROAT:

 除变量AIRFOIL RADIUS及NUMBER OF BLADES，图中均有标注。

 

为方便书写，建立缩略语表如下：

叶形轮廓模型建立首先确定5个关键点，再画出3条圆弧线及2条多项式曲线。设原点O(0，0)，则有前缘圆圆心，尾缘圆圆心。5个关键位置点如下图：

5点位置由下列等式计算：

POINT_1、POINT_5确定尾端圆弧，POINT_3、POINT_4确定前端圆弧。POINT_3、POINT_2间曲线以及POINT_4、POINT_5间曲线由相同3次多项式曲线确定。如图：

 

 

 

 

最后一段圆弧要保证在POINT_2处与多项式曲线相切并过POINT_1(POINT_1处不能保证相切)，当UNGUIDED TURNING取0时，该段圆弧变成直线。

设定11参数初始值，得到2D叶形曲线。