一種具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉片建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及葉片設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉 片建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 桁架式空心葉片主要用于寬弦空心葉片，具有增加壓氣機(jī)喘振裕度、抗外物損傷、 提高發(fā)動機(jī)推力、減少葉片數(shù)和減輕重量等優(yōu)點。在空心葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計中，內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)形式 和大小以及內(nèi)部加強(qiáng)芯板的布局，對于空心葉片的結(jié)構(gòu)性能具有重要的影響。桁架式空心 葉片設(shè)計過程非常復(fù)雜，加強(qiáng)筋處于葉身的中空區(qū)域，上端、底端、前緣、尾緣必須和葉身融 為一體，其他部分的形狀則要隨彎扭的外形葉身自由曲面變化，導(dǎo)致加強(qiáng)筋桁架的布局需 要的復(fù)雜計算推導(dǎo)和高難度的建模。因此，如何精確的建立加強(qiáng)筋在外形葉身內(nèi)腔中的布 局是桁架式空心葉片設(shè)計中的難點。
[0003]目前現(xiàn)有的設(shè)計方法是利用B樣條曲線的方法，根據(jù)半波個數(shù)將葉盆葉背分成η 段，并根據(jù)焊接參數(shù)計算出每段曲線中，每個加強(qiáng)筋焊接段在葉盆葉背線上的起始和結(jié)束 位置參數(shù)，使用B樣條連接這些數(shù)據(jù)點得到加強(qiáng)筋桁架的中心線，再將加強(qiáng)筋桁架的中心 線依據(jù)每個焊接段的開始和結(jié)束位置分段，分段分別往葉盆葉背側(cè)做等距偏置線，用直線 連接兩條偏置線對應(yīng)的端點，用直線連接相鄰的兩個波峰段中起點和終點，生成的截面肋 板環(huán)線。這種方法的局限性是：使用B樣條曲線和B樣條等距曲線不能精確得到加強(qiáng)筋桁 架的焊接位置和形狀，而且計算復(fù)雜繁瑣；沒有保證加強(qiáng)筋從頂截面到底截面的平滑過渡、 前緣和尾緣兩端向加強(qiáng)筋桁架的平滑過渡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有桁架式空心葉片設(shè)計中加強(qiáng)筋桁架位置和形狀計算誤差較大、計算復(fù) 雜繁瑣、不能保證加強(qiáng)筋從頂截面到底截面平滑過渡、前緣和尾緣兩端向加強(qiáng)筋桁架平滑 過渡等問題，本發(fā)明提出了一種具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉片建模方法，其通過 構(gòu)造葉片葉身外形和內(nèi)形的3D模型，然后在內(nèi)形葉身中空范圍內(nèi)構(gòu)造光滑的加強(qiáng)筋實體， 最后布爾差運算獲得最終空心葉片。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 所述一種具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉片建模方法，其特征在于：包括以 下步驟：
[0007] 步驟1 :建立葉身外形3D模型，將葉身外形截面線劃分為葉身外形前緣、葉身外形 葉背線、葉身外形葉盆線和葉身外形尾緣；取葉身空腔頂部對應(yīng)的葉身外形截面線KU處 于葉身空腔范圍內(nèi)的葉身外形截面線、葉身空腔底部對應(yīng)的葉身外形截面線KN依次共同 組成N條葉身空腔區(qū)域的葉身外形截面線Ki，i = 1，2，-·，Ν;
[0008] 步驟2 :對于葉身外形截面線Κ2至K(N-I)，采用以下方法構(gòu)造對應(yīng)的葉身內(nèi)形截 面線：
[0009] 將葉身外形葉背線和葉身外形葉盆線分別向內(nèi)等距偏置Ti，得到葉身內(nèi)形葉背線 和葉身內(nèi)形葉盆線，Ti是葉身外形截面線與葉身內(nèi)形截面線之間的壁厚值；
[0010] 由葉身外形葉背線和葉身外形葉盆線依據(jù)管道法創(chuàng)建中弧線，將中弧線向兩側(cè)等 距偏置tl/2,得到中弧葉背偏置線和中弧葉盆偏置線，tl為加強(qiáng)筋焊接處壁厚；
[0011] 中弧葉盆偏置線與葉身外形前緣交于點A，與葉身內(nèi)形葉盆線交于點B和C，與葉 身外形尾緣交于點D ;中弧葉背偏置線與葉身外形前緣交于點E，與葉身內(nèi)形葉背線交于點 F和G，與葉身外形尾緣交于點H ;
[0012] 得到的葉身內(nèi)形截面線由葉身外形尾緣HD、中弧葉盆偏置線DC、葉身內(nèi)形葉盆線 CB、中弧葉盆偏置線BA、葉身外形前緣AE、中弧葉背偏置線EF、葉身內(nèi)形葉背線FG、中弧葉 背偏置線GH依次相連組成；
[0013] 對于葉身外形截面線Kl和KN，采用以下方法構(gòu)造對應(yīng)的葉身內(nèi)形截面線：
[0014] 由葉身外形葉背線和葉身外形葉盆線依據(jù)管道法創(chuàng)建中弧線，將中弧線向兩側(cè)等 距偏置tl/2,得到中弧葉背偏置線和中弧葉盆偏置線；中弧葉背偏置線與葉身外形尾緣以 及葉身外形前緣交于點L和M，中弧葉盆偏置線與葉身外形尾緣以及葉身外形前緣交于點P 和Q ;
[0015] 得到的葉身內(nèi)形截面線由中弧葉背偏置線LM、葉身外形前緣MQ、中弧葉盆偏置線 QP、葉身外形尾緣PL依次相連組成；
[0016] 步驟3 :對步驟2得到的葉身內(nèi)形截面線通過實體造型構(gòu)造葉身內(nèi)形實體；
[0017] 步驟4 :構(gòu)造加強(qiáng)筋桁架實體：
[0018] 步驟4. 1 :根據(jù)加強(qiáng)筋桁架非焊接弧長S'、加強(qiáng)筋桁架焊接弧長S以及加強(qiáng)筋桁架 數(shù)目，計算加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)弧長和在葉背側(cè)弧長；
[0019] 步驟4. 2 :對于葉身外形截面線K2至K(N-I)對應(yīng)的葉身內(nèi)形截面線，采用以下方 法建立加強(qiáng)筋桁架中心線：
[0020] 步驟4. 2. 1 :根據(jù)步驟4. 1得到的加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)弧長和在葉背側(cè)弧長，以及 葉身內(nèi)形葉盆線CB弧長和葉身內(nèi)形葉背線FG弧長，計算得到加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)的起始 段弧長和終止段弧長，以及加強(qiáng)筋桁架在葉背側(cè)的起始段弧長和終止段弧長；
[0021] 步驟4. 2. 2 :根據(jù)葉身內(nèi)形葉盆線CB的兩端點坐標(biāo)，以及加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)的 起始段弧長和終止段弧長，得到加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)的中心點起點坐標(biāo)和中心點終點坐 標(biāo)；根據(jù)葉身內(nèi)形葉背線FG的兩端點坐標(biāo)，以及加強(qiáng)筋桁架在葉背側(cè)的起始段弧長和終止 段弧長，得到加強(qiáng)筋桁架在葉背側(cè)的中心點起點坐標(biāo)和中心點終點坐標(biāo)；
[0022] 步驟4. 2. 3 :根據(jù)加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)的中心點起點坐標(biāo)和中心點終點坐標(biāo)，以 及加強(qiáng)筋桁架非焊接弧長S'和加強(qiáng)筋桁架焊接弧長S，得到加強(qiáng)筋桁架在葉盆側(cè)的其余中 心點坐標(biāo)；根據(jù)加強(qiáng)筋桁架在葉背側(cè)的中心點起點坐標(biāo)和中心點終點坐標(biāo)，以及加強(qiáng)筋桁 架非焊接弧長S'和加強(qiáng)筋桁架焊接弧長S，得到加強(qiáng)筋桁架在葉背側(cè)的其余中心點坐標(biāo)；
[0023] 步驟4. 2. 4 :按照加強(qiáng)筋桁架的結(jié)構(gòu)要求將加強(qiáng)筋桁架在葉盆、葉背側(cè)的中心點 依次相連，得到加強(qiáng)筋桁架中心線；
[0024] 步驟4. 3 :將加強(qiáng)筋桁架中心線按照加強(qiáng)筋桁架壁厚擴(kuò)展，得到加強(qiáng)筋截面線；
[0025] 步驟4. 4 :利用葉身外形截面線K2至K(N-I)對應(yīng)的加強(qiáng)筋截面線通過實體造型 構(gòu)造加強(qiáng)筋實體；
[0026] 步驟5 :將加強(qiáng)筋實體和葉身內(nèi)形實體作布爾差運算，得到空心實體；將空心實體 和葉身外形實體作布爾差運算，得到空心葉片模型。
[0027] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉片建模方法， 其特征在于：步驟4. 3中，對于加強(qiáng)筋桁架中心線中的焊接中心線段，向葉身內(nèi)側(cè)偏置等距 偏置tl，以得到的偏置線與相應(yīng)的加強(qiáng)筋桁架中心線作為對應(yīng)加強(qiáng)筋截面線的兩側(cè)邊；對 于加強(qiáng)筋桁架中心線中的非焊接中心線段，采用加強(qiáng)筋桁架中心線分別繞線段兩端點旋轉(zhuǎn) 的方式得到對應(yīng)加強(qiáng)筋截面線的兩側(cè)邊，旋轉(zhuǎn)角度為
[0029] 其中N為對應(yīng)加強(qiáng)筋桁架中心線段的長度，t2為對應(yīng)位置加強(qiáng)筋桁架的壁厚。
[0030] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉片建模方法， 其特征在于：步驟1中，根據(jù)空腔區(qū)域與葉身外形頂截面的距離D1，截取距離葉身外形頂截 面Dl的葉身外形截面線為Kl，根據(jù)空腔區(qū)域與葉身外形底截面的距離D2,截取距離葉身外 形底截面D2的葉身外形截面線為KN。
[0031] 有益效果
[0032] 本發(fā)明提出了完整的具有桁架式內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的空心葉片建模方法，通過使用 此方法，可以在較低的計算機(jī)硬件條件下，得到加強(qiáng)筋桁架較精確的布局。本方法對三維軟 件的平臺沒有限制，可以運用此方法在多種軟件平臺上進(jìn)行桁架式空心葉片設(shè)計。
[0033] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0034] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0035] 圖1是某型號空心葉片模型；
[0036] 圖2是外形葉身截面圖；
[0037] 圖中，1-葉身外形前緣；2-葉身外形葉背；3-葉身外形葉盆；4-葉身外形尾緣；
[0038] 圖3外形葉身整體主視圖；
[0039] 圖中，Dl-空腔區(qū)域距離葉身外形頂截面的距離；D2-空腔區(qū)域距離葉身外形底截 面的距離；HO-葉身外形高度；H-葉身內(nèi)形高度；
[0040] 圖4是葉身內(nèi)形范圍內(nèi)的葉身外形截面線；
[0041] 圖中，Kl-葉身內(nèi)形第一個截面線；K2-葉身內(nèi)形第二個截面線；KN-I-葉身內(nèi)形第 N-I個截面線；KN-葉身內(nèi)形第N個截面線；
[0042] 圖5是空腔正常區(qū)域某一截面線；
[0043] 圖中，Ti-葉身外形截面線和葉身內(nèi)形截面線之間的壁厚；
[0044] 圖6是內(nèi)形未修剪的截面線；
[0045] 圖7是圖6中前緣位置U處的局部放大圖；
[0046] 圖8是圖6中尾緣位置V處的局部放大圖；
[0047] 圖中，5-葉身外形葉盆線；6-中弧葉盆偏置線；7-葉身內(nèi)形葉盆線；8-中弧線； 中弧葉背偏置線；IO-葉身內(nèi)形葉背線；1卜葉身外形葉背線；A、B、C、D-中弧葉盆偏置線 與葉身