航空发动机涡轮叶片设计仿真系统

摘要

在影响发动机性能的各项因素中，发动机叶片的几何形状以及其对应的气动性能对发动机的整体性能起着非常关键的作用，因此能否设计出好的叶片是整个发动机设计环节中关键的一环。
　　 针对涡轮叶片的造型特点，本文采用了非均匀有理B样条(Non-Uniform RationalB-Spline，简称NURBS)造型技术来生成三维叶片。同时利用NURBS方法其统一表示二次曲线弧与二次曲面的能力来对叶片造型曲线的前后缘小圆进行了处理。最后，利用NURBS方法和蒙面法相结合生成三维叶片，并对生成速度和效果进行了优化。
　　 在此基础上，本文以VC++.NET作为开发平台，采用目前最新的软件设计思想-模块化及MVC设计模式，实现了在OpenGL环境中对三维叶片的渲染仿真过程。OpenGL(即开放性图形库Open Graphics Library)是近几年发展起来的一个性能卓越的三维图形标准，OpenGL图形库除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还提供了比较复杂的三维物体以及复杂曲线和曲面(如Bezier、NURBS等曲线或曲面)，从而可以方便地构建虚拟三维世界。
　　 同时根据系统需要，本文采用ActiveX技术和GDI+图形渲染环境开发了用于涡轮叶片二维数据仿真的控件。此控件可以方便的实现各种二维离散数据点的多种方式拟和，而且提供了非常友好的交互接口。提供了图形的放大、缩小、移动以及图元的选取修改等功能。
　　 本文研究开发的软件各功能模块实用性好，功能比较完备，接口简单，专业性强，具有一定的继承性和后续发展潜力，通过不断的深入开发研究将使之能够成为飞机发动机叶型设计仿真的有力辅助工具。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 采用NURBS技术表示叶型优点

1.2 使用OpenGL环境对三维叶片进行渲染仿真的优点

1.3 使用GDI+开发二维图形可视化控件的优点

1.4 本文要做的工作

第2章 NURBS曲线曲面原理

2.1 曲线曲面的参数表示

2.2 Bezier曲线曲面

2.3 B样条曲线曲面

2.4 NURBS方法

2.4.1 NURBS方法的产生背景及特点

2.4.2 NURBS的数学描述

2.4.3 本文所采用的基于NURBS的反算

2.4.4 本文采用NURBS处理前后小圆的方法

2.5 利用NURBS方法生成三维叶片曲面

2.6 本章小结

第3章 三维叶片在OpenGL环境中的渲染仿真

3.1 OpenGL的基本原理

3.1.1 过程性而非描述性

3.1.2 执行模式

3.1.3 图元与命令

3.1.4 绘制方式

3.1.5 OpenGL渲染环境的设置

3.2 构建OpenGL渲染仿真环境

3.2.1 OpenGL三维物体绘制流程

3.2.2 OpenGL绘图显示类

3.3 OpenGL中模型自由旋转的实现

3.3.1 自由旋转的实现原理

3.3.2 自由旋转的编程实现

3.4 三维叶片的仿真绘制

3.4.1 OpenGL中对NURBS的支持

3.4.2 三维叶片视图的模型视点变换

3.4.3 三维叶片视图的光照渲染

3.4.4 三维叶片视图的阴影平滑效果处理

3.5 三维叶片视图动画

3.6 本章小节

第4章 二维曲线控件的设计与实现

4.1 二维曲线控件的开发背景

4.2 二维曲线图形的绘制

4.2.1 使用GDI+环境的方法

4.2.2 曲线图形的绘制流程

4.2.3 曲线图形的交互控制

4.2.4 曲线图形元素的拾取和编辑操作

4.3 二维曲线图形控件接口设计

4.4 本章小节

第5章 总结与展望

5.1 课题总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢