葉片參數化模型設計

作者：安旭

對燃氣輪機透平葉片進行參數化建模分兩部分，對Hub和Shroud建模以及對Blade建模。

Blade建模由Hub和Shroud間多個位置2D葉形蒙皮成形(默認兩個section，Hub位置上S1、Shroud位置上S2，S1、S2徑向位置由REF_TRACE_HUB_R、REF_TRACE_TIP_R決定)。2D葉形包含中位線，壓力面及吸力面。中位線包含參數葉片長度REF_LENGTH，安裝角度CAMBER_GAMMA，金屬角CAMBER_BETA1、CAMBER_BETA2，前緣半徑LE_REDIUS，后緣半徑TE_REDIUS。具體位置如圖：

葉片壓力面吸力面決定參數包含：控制點數PTNUM，伸展系數FACT，每個控制點到中位線距離TSS_N,TPS_N,后緣傾斜角TE_WEDGE_ANGLE，如圖：

 

PTNUM控制Tss數量。壓力面及吸力面都是Bezeir曲線，由C1, C2, Cn-1, Cn, Tss(n) 控制，直線C1C2垂直中位線端點，長度取4倍LE_REDIUS。直線Cn-1Cn與后緣圓相切，且與中位線尾端呈1/2 TE_WEDGE_ANGLE。FACT系數控制Tss點及Cn-1點在中位線上位置。

 參數NB決定葉片數量。

 

另一種葉片構型方法為11參數法，11參數法對軸流機2D輪廓進行建模。該方法有11個獨立變量控制葉形生成，包括：

AIRFOIL RADIUS：葉片所在suction的徑向半徑

AXIAL CHORD:軸向弦長

TANGENTIAL CHORD:切向弦長

UNGUIDED TURNING:

INLET BLADE ANGLE:葉片入口角

INLET WEDGE ANGLE:入口楔角

EXITE BLADE ANGLE:葉片出口角

LEADING EDGE RADIUS:前緣半徑

TRAILING EDGE RADIUS:尾緣半徑

NUMBER OF BLADES:葉片數量

THROAT:

 除變量AIRFOIL RADIUS及NUMBER OF BLADES，圖中均有標注。

 

為方便書寫，建立縮略語表如下：

葉形輪廓模型建立首先確定5個關鍵點，再畫出3條圓弧線及2條多項式曲線。設原點O(0，0)，則有前緣圓圓心，尾緣圓圓心。5個關鍵位置點如下圖：

5點位置由下列等式計算：

POINT_1、POINT_5確定尾端圓弧，POINT_3、POINT_4確定前端圓弧。POINT_3、POINT_2間曲線以及POINT_4、POINT_5間曲線由相同3次多項式曲線確定。如圖：

 

 

 

 

最后一段圓弧要保證在POINT_2處與多項式曲線相切并過POINT_1(POINT_1處不能保證相切)，當UNGUIDED TURNING取0時，該段圓弧變成直線。

設定11參數初始值，得到2D葉形曲線。