一种改变压气机叶尖几何的网格生成方法

摘要

本发明属于计算流体力学技术领域，公开了一种生成压气机叶片流场适配网格的方法，首先使用普通商用软件生成的压气机叶片的常规网格，然后将压气机叶片的常规网格数据提取出来待处理，再然后根据设置参数，对修改压气机叶片的叶尖修改几何处的网格做局部加密处理，用足够多的网格将叶尖几何形状体现出来形成叶尖局部加密的压气机叶片的网格，最后输出叶尖局部加密的压气机叶片网格数据。本发明的方法实现了改变叶尖几何后生成相对应适配的网格程序，将改变叶尖几何后生成的网格倒入至商用软件中可进行数值模拟，实现了商用软件网格生成程序功能的弥补。

说明书

技术领域

本发明属于计算流体力学技术领域，涉及一种生成压气机叶片流场适配网格的方法，具体涉及一种改变压气机叶尖几何的网格生成方法。

背景技术

压气机作为航空发动机主要部件，其性能的好坏对于整机的工作有重要的影响。随着计算机技术的发展，众多流体力学的研究者利用 CFD技术，对压气机的流场进行数值模拟，从而减少了实验过程的成本投入。目前对于常规叶片的数值模拟技术较为成熟，包括网格生成技术、计算技术等。

在叶片加工或使用过程中，由于加工误差或实际使用过程中存在着磨损、机械损伤等，会使得叶尖处的几何发生变化，从而影响了叶尖间隙性能。

常规的叶尖形状为平叶顶，当叶尖几何形状出现变化时，所适配的网格结构也应该发生变化，目前常用的商用软件，例如NUMECA 软件，无法做到针对叶尖几何形状改变生成适配的网格结构。

发明内容

本发明目的：本发明利用NUMECA软件生成常规叶片网格，再利用自主开发的程序读取网格数据，改变叶尖几何形状，并生成适配网格，可以生成针对不同变化后的叶尖几何所适配的网格，从而可以实现叶尖几何改变后的数值模拟。

本发明的技术方案是：

一种生成压气机叶片流场适配网格的方法，包括以下步骤：

步骤一，使用普通商用软件生成的压气机叶片的常规网格；

步骤二，将压气机叶片的常规网格数据提取出来待处理；

步骤三，根据设置参数，对修改压气机叶片的叶尖修改几何处的网格做局部加密处理，用足够多的网格将叶尖几何形状体现出来形成叶尖局部加密的压气机叶片的网格；

步骤四，输出叶尖局部加密的压气机叶片网格数据。

进一步的，步骤三中，对压气机叶片的叶尖不同几何变换模式，选用不同的加密处理方法。

进一步的，步骤三具体包括：叶顶侧切削的加密方法、叶顶倒圆的加密方法、和叶顶倒角的加密方法。

进一步的，叶顶侧切削的加密方法为：

原始情况叶顶一端为O点，叶尖变形起始点为A点，叶尖变形终止点为C点，叶尖变形过度点为B点，这里AO为3倍间隙，OC 为当地叶片厚度的1/3倍；在生成网格过程中，OA段第一层网格线向OC方向平移，平移距离d与某点距离O的距离x满足如下关系式：

当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算。

进一步的，叶顶倒圆加密方法包括叶顶倒圆压力面倒圆加密方法和叶顶倒圆吸力面倒圆加密方法，叶顶倒圆压力面倒圆加密方法与叶顶倒圆吸力面倒圆加密方法相同。

进一步的，顶倒圆压力面倒圆加密方法为：

原始情况叶顶一端为O点，叶尖变形起始点为A点，叶尖变形终止点为C点，原始情况叶尖可能点定义为B点；

叶顶附近OA端第一层网格线某点B进行平移，平移方向为OC 方向，平移距离d满足如下关系式：

其中，R为AC圆弧的圆角半径；当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算。

进一步的，叶顶倒角加密方法包括叶顶倒角压力面倒角加密方法和叶顶倒角吸力面倒角加密方法，叶顶倒角压力面倒角加密方法与叶顶倒角吸力面倒角加密方法相同。

进一步的，叶顶倒角压力面倒角加密方法为：

原始情况叶顶一端为O点，叶尖变形起始点为A点，叶尖变形终止点为C点，原始情况叶尖可能点定义为B点；

叶顶附近OA端第一层网格线某点B进行平移，平移方向为OC 方向，平移距离d满足如下关系式：

d＝l(OB)·tanα，

其中，α为倒角的角度；

当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算。

进一步的，普通商用软件是NUMECA软件，网格文件保存成Plot3D 格式。

本发明的优点是：本发明的方法实现了改变叶尖几何后生成相对应适配的网格程序，将改变叶尖几何后生成的网格倒入至商用软件中可进行数值模拟，实现了商用软件网格生成程序功能的弥补。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明叶顶侧切削网格加密示意图；

图3是本发明叶尖倒圆网格加密示意图；

图4是本发明叶尖倒角网格加密示意图。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

一种生成压气机叶片流场适配网格的方法，包括以下步骤：

步骤一，使用普通商用软件生成的压气机叶片的常规网格；

步骤二，将压气机叶片的常规网格数据提取出来待处理；

步骤三，根据设置参数，对修改压气机叶片的叶尖修改几何处的网格做局部加密处理，用足够多的网格将叶尖几何形状体现出来形成叶尖局部加密的压气机叶片的网格；

步骤四，输出叶尖局部加密的压气机叶片网格数据。

步骤三中，对压气机叶片的叶尖不同几何变换模式，选用不同的加密处理方法。

步骤三具体包括：叶顶侧切削的加密方法、叶顶倒圆的加密方法、和叶顶倒角的加密方法。

叶顶侧切削的加密方法为：

原始情况叶顶一端为O点，叶尖变形起始点为A点，叶尖变形终止点为C点，叶尖变形过度点为B点，这里AO为3倍间隙，OC 为当地叶片厚度的1/3倍；在生成网格过程中，OA段第一层网格线向OC方向平移，平移距离d与某点距离O的距离x满足如下关系式：

当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算。

叶顶倒圆加密方法包括叶顶倒圆压力面倒圆加密方法和叶顶倒圆吸力面倒圆加密方法，叶顶倒圆压力面倒圆加密方法与叶顶倒圆吸力面倒圆加密方法相同。

顶倒圆压力面倒圆加密方法为：

原始情况叶顶一端为O点，叶尖变形起始点为A点，叶尖变形终止点为C点，原始情况叶尖可能点定义为B点；

叶顶附近OA端第一层网格线某点B进行平移，平移方向为OC 方向，平移距离d满足如下关系式：

其中，R为AC圆弧的圆角半径；当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算。

叶顶倒角加密方法包括叶顶倒角压力面倒角加密方法和叶顶倒角吸力面倒角加密方法，叶顶倒角压力面倒角加密方法与叶顶倒角吸力面倒角加密方法相同。

叶顶倒角压力面倒角加密方法为：

原始情况叶顶一端为O点，叶尖变形起始点为A点，叶尖变形终止点为C点，原始情况叶尖可能点定义为B点；

叶顶附近OA端第一层网格线某点B进行平移，平移方向为OC 方向，平移距离d满足如下关系式：

d＝l(OB)·tanα，

其中，α为倒角的角度；当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算。

普通商用软件是NUMECA软件，网格文件保存成Plot3D格式。

下面结合附图说明本发明的另一个实施例。

本发明具体实施方式如图1所示。首先通过NUMECA软件生成常规的网格结构，将网格文件保存成Plot3D格式。在自主开发的程序中，分模块进行。首先是调用网格数据读取程序，第二步读取程序设置参数文件，读取有关叶尖几何变化的参数；第三步根据设置参数，对修改叶尖几何处的网格做局部加密，用足够多的网格将叶尖几何形状体现出来，形成图2OA段所示的网格形式。

第三步根据需要，选择叶尖几何变换模式，相应调用处理程序。这里的处理过程为按照上文技术方案的方法改变第一层网格的坐标值，第一层网格线即为叶片轮廓。当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算即可，即第n层网格与第n-1层网格距离与原来的第n、n-1层网格距离相等。(即网格层之间的倍率变化相同)

第四步输出Plot3D网格文件，程序结束。

本发明涉及的网格生成程序主要针对三种叶尖几何改变进行的：叶顶侧切削(图2)、叶尖倒圆(图3)、叶尖倒角(图4)形式，下面针对三种叶尖几何改变进行说明。

如图2所示，是叶顶侧切削情况下叶顶示意图，原始情况叶顶一端是在O点，这里AO为3倍间隙，OC为当地叶片厚度的1/3倍。在生成网格过程中，OA段第一层网格线向OC方向平移，平移距离d 与某点距离O的距离x满足如下关系式：

当确定了第一层网格线后，剩下的网格按照原始的网格之间加密的规律进行计算即可。

对于叶顶倒圆和倒角情况，这里可以放在一起讨论，因为两者网格生成方法近似。如图3所示，叶尖倒圆时，需要压力面和吸力面都存在倒圆，这里只介绍压力面部分。

与前面网格生成方法类似，这里首先对叶顶附近OA端第一层网格线某点B进行平移，平移方向为OC方向，平移距离d满足如下关系式：

其中R为圆角半径(AC圆弧)。

对于叶顶倒角情况，与倒圆方法一样，只是第一层网格线某点B 进行平移距离d满足如下关系式：

d＝l(OB)·tanα

其中α为倒角的角度，图4为叶尖倒角后网格示意图。