航空发动机叶片CAD技术综述.doc

航空发动机叶片CAD技术综述(3) ??2010-3-13 10:12:00??来源：北京航空航天大学机械工程及自动化学院??阅读： 734次?? HYPERLINK javascript:window.external.addFavorite(/news/newsfile/2010/3/13/101221,航空发动机叶片CAD技术综述) 我要收藏【字体： HYPERLINK javascript:SetFontSize(1); \t _self 大 HYPERLINK javascript:SetFontSize(2); \t _self 中 HYPERLINK javascript:SetFontSize(3); \t _self 小】 　　1 叶型和叶身几何表示　　叶型，即叶身截面线。叶型和叶身曲面的几何表示是叶片结构设计的前提。叶型和叶身曲面是一种复杂的、较为复杂的自由型曲线、曲面，不能用常规初等曲线、曲面来描述，它们的造型方法一直是人们研究的热点[9]。叶身曲面由多条叶型作为基线积叠而成，分为线性积叠和非线性积叠[10]，其成型方法为蒙皮[11]。涡轮叶片几何造型实质就是找到一种既能有效地满足形状表示和几何设计要求，又便于形状信息和产品数据交换的形状描述的数学方法来描述涡轮叶片曲面[12]。　　叶身曲面造型的难点在于前缘和尾缘等曲率急剧变化的地方易发生扭曲。哈尔滨工业大学的王刚等对叶身曲面几何表示进行了深入研究[9，13-14]，他研究了扭曲叶片的曲面造型，在柱面坐标系下采用双3次B样条曲面整体表示叶身曲面，并基于BP神经网络改进了叶身曲面在前缘和尾缘处的插值误差。NURBS方法表示灵活，具有局部性，统一了初等曲线、曲面和自由型曲线、曲面的精确表示，鉴于NURBS方法的这一系列优点，哈尔滨工业大学的李刚和王刚等，分别研究了叶身曲面基于NURBS的表示方法[14-15]。北京航空航天大学的王春侠等[16]，讨论了叶身建模过程中的离散点处理等关键问题，采用双3次B样条拟合了叶片型面的空间样条曲面模型。西北工业大学的田庆[17]基于UG开发了叶身造型系统，重点研究了截面线的叶型曲线拼接问题。白瑀[18]和刘维伟[19]等针对叶片造型易发生扭曲的现象进行了网格扭曲的校正方法研究，详细分析了叶身曲面造型中的问题和原因，采用厚度特征点参数调整方法和叶型整体参数化方法，基于等参数或等弧长放样成型叶身曲面，解决了叶身曲面造型的扭曲问题。 　　2 叶片结构设计　　在叶片结构设计方面，一般都是以针对叶片结构特征而预定义的专用设计特征库为基础进行结构的快速设计，它涉及的关键技术有特征分析、特征建模和特征参数化等。西北工业大学的虞跨海[20]基于解析以及特征造型进行叶片的参数化设计，实现了叶身、缘板、榫头和回流通道（隔肋）等特征的参数化设计，属于交互式的构造过程参数化。北京航空航天大学的赵炜[21]等基于STEP在金银花平台上进行叶片的结构设计研究，对叶片的结构进行了设计特征分析，给出了叶片结构设计系统架构。王荣桥等[22-23]则开发了压气机叶片的结构设计系统，以用户自定义特征为基础，在叶片结构优化方面做了初步探索。文献[24]采用双3次B样条进行叶身曲面的表示，并针对涡轮的结构将涡轮叶片进行特征分类、特征表示和特征参数的详细分析，采用基于特征的参数化设计方法实现涡轮叶片的参数化设计，完成了参数化设计系统的初步设计，具体实现了叶身内外型实体、缘板、榫头和气膜孔的等壁厚叶片的结构参数化设计，属于交互式的离线参数化设计。文献[8]则进一步对系统进行详尽完善，又实现了隔肋、扰流柱和排气尾缝等特征的参数化设计。　　在变壁厚叶片的结构参数化设计方面，文献[25]提出了基于中弧线的变壁厚设计算法，以每层叶型的6个壁厚标志点处的厚度参数控制叶片壁厚，该算法可设计出工程中常见的4种壁厚分布叶片。中弧线计算是实现变壁厚叶片结构设计的前提。在中弧线计算方面，西北工业大学的白瑀等[18]提出基于内切等距的迭代中弧线算法，但当叶盆曲线和叶背曲线在内切圆切点处的2个切矢之间夹角过小时，方法可能无解，且计算量大。张力宁等对此进行了改进，提出了基于等距线的中弧线算法[26]。但是，等距线方法通过有限点插值而成型中弧线，型值点密度的可控性较差。因此，文献[25]提出了基于管道交线投影法的中弧线算法，显著提高了中弧线的计算效率，并基于管道交线投影法计算的中弧线提出并实现了变壁厚涡轮叶片的结构设计。　　在叶片结构设计重用方面，西北工业大学的夏禹[27]提出基于知识的广义特征信息模型和记录设计历史的广义特征CSG树的表示方法，广义特征信息模型和广义特征CSG树存储于XML格式的广义特征信息表中，实现了设计过程的保存。北京航空航天大学的赵晖[28]，结合航空发