一种拓宽流量槽与叶轮的联合设计方法及装置与流程

本发明涉及发动机，更具体的，涉及一种拓宽流量槽与叶轮的联合设计方法及装置。

背景技术：

1、高功率密度高转速发动机用途越来越广。发动机转速范围增加后，要求压气机的map宽度要足够大，拓宽流量槽是一种有效的拓宽流量的方法。

2、拓宽流量槽拓宽流量的程度除了与拓宽流量槽本身的结构相关以外，还与叶轮的设计极其相关。一种常规的设计方法是通过调整拓宽流量槽以及叶轮的几何尺寸来不断的迭代逼近最终的设计目标，设计周期长且依赖于设计者经验。另外一种设计方法是在叶轮设计完成后，直接在某个位置增加拓宽流量槽结构并进行结构的微调来进行流量拓宽，这种设计方法显然无法达到系统最优的效果。因此，目前亟需一种高效的优化拓宽流量槽以及叶轮结构的方法以达到系统最优。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种拓宽流量槽与叶轮的联合设计方法及装置，在减少设计时间，保证叶轮效率的同时显著改善拓宽流量的效果。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种拓宽流量槽与叶轮的联合设计方法，包括：

4、根据叶轮的初始几何参数，确定叶轮子午流道的尺寸；

5、设置叶轮的叶片参数；

6、根据所述叶片参数确定叶片形状；

7、根据叶轮子午流道的尺寸、所述叶片参数以及所述叶片形状，确定叶轮的几何模型；

8、对叶轮的几何模型进行仿真，得到叶轮的第一性能曲线；

9、若所述第一性能曲线不满足第一预设性能要求，调整所述叶片参数，并返回执行根据所述叶片参数确定叶片形状这一步骤；

10、若所述第一性能曲线满足第一预设性能要求，确定拓宽流量槽的几何参数，得到所述拓宽流量槽的几何模型，所述拓宽流量槽的几何参数至少包括开槽位置a点的位置；

11、对叶轮的几何模型和拓宽流量槽的几何模型进行联合仿真，得到叶轮的第二性能曲线；

12、若所述第二性能曲线不满足第二预设性能要求，调整所述a点的位置和/或叶顶进口位置o点到拓宽流量槽的开槽位置a点的叶片载荷dp0b，并根据所调整的参数修改对应的几何模型后再进行仿真，直到所述第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计。

13、在一些实施例中，所述根据所述叶片参数确定叶片形状，包括：

14、根据所述叶片参数中叶片在叶顶、50%叶高、叶根处沿着流线方向的载荷分布，叶片进出口的理论环量差值，叶片数量，叶轮子午流道尺寸，设计点流量，设计转速，尾缘处叶轮倾斜角，计算叶片沿着流线方向各个位置处的焓差载荷；

15、根据叶片沿着流线方向各个位置处的焓差载荷确定叶片表面速度分布；

16、根据叶片表面速度分布确定所述叶片形状。

17、在一些实施例中，所述调整所述叶片参数，包括：

18、若所述第一性能曲线表征喘振流量小于第一预设性能要求中的目标喘振流量，增大所述叶片参数中叶片沿着流线方向的载荷分布中关键位置的载荷；

19、若所述第一性能曲线表征喘振流量大于第一预设性能要求中的目标喘振流量，减小所述关键位置的载荷；

20、若所述第一性能曲线表征阻塞余量小于第一预设性能要求中的目标阻塞余量，增大所述叶片参数中设计点的流量。

21、在一些实施例中，所述调整所述a点的位置和/或叶顶进口位置o点到拓宽流量槽的开槽位置a点的叶片载荷dp0b，并根据所调整的参数修改对应的几何模型后再进行仿真，包括：

22、若所述第二性能曲线表征喘振流量小于第二预设性能要求中的目标喘振流量，调整所述a点的位置，以减小所述o点与所述a点之间的轴线距离，得到调整后的所述拓宽流量槽的几何模型，并返回执行对叶轮的几何模型和拓宽流量槽的几何模型进行联合仿真这一步骤；

23、若所述o点与所述a点之间的轴线距离达到最小值，所述第二性能曲线仍不满足第二预设性能要求，减小所述dp0b，并返回执行根据所述叶片参数确定叶片形状这一步骤，直到所述第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计。

24、在一些实施例中，所述调整所述a点的位置和/或叶顶进口位置o点到拓宽流量槽的开槽位置a点的叶片载荷dp0b，并根据所调整的参数修改对应的几何模型后再进行仿真，还包括：

25、若所述第二性能曲线表征喘振流量大于第二预设性能要求中的目标喘振流量，调整所述a点的位置，以增大所述o点与所述a点之间的轴线距离，得到调整后的所述拓宽流量槽的几何模型，并返回执行对叶轮的几何模型和拓宽流量槽的几何模型进行联合仿真这一步骤；

26、若所述o点与所述a点之间的轴线距离达到最大值，所述第二性能曲线仍不满足第二预设性能要求，增大所述dp0b，并返回执行根据所述叶片参数确定叶片形状这一步骤，直到所述第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计。

27、第二方面，本发明实施例提供了一种拓宽流量槽与叶轮的联合设计装置，包括：

28、子午流道确定单元，用于根据叶轮的初始几何参数，确定叶轮子午流道的尺寸；

29、叶片参数设置单元，用于设置叶轮的叶片参数；

30、叶片形状确定单元，用于根据所述叶片参数确定叶片形状；

31、叶轮模型确定单元，用于根据叶轮子午流道的尺寸、所述叶片参数以及所述叶片形状，确定叶轮的几何模型；

32、第一仿真单元，用于对叶轮的几何模型进行仿真，得到叶轮的第一性能曲线；

33、第一参数调整单元，用于若所述第一性能曲线不满足第一预设性能要求，调整所述叶片参数，并触发所述叶片形状确定单元；

34、流量槽模型确定单元，用于若所述第一性能曲线满足第一预设性能要求，确定所述拓宽流量槽的几何参数，得到所述拓宽流量槽的几何模型，所述拓宽流量槽的几何参数至少包括开槽位置a点的位置；

35、第二仿真单元，用于对叶轮的几何模型和拓宽流量槽的几何模型进行联合仿真，得到叶轮的第二性能曲线；

36、第二参数调整单元，用于若所述第二性能曲线不满足第二预设性能要求，调整所述a点的位置和/或叶顶进口位置o点到拓宽流量槽的开槽位置a点的叶片载荷dp0b，并根据所调整的参数修改对应的几何模型后触发所述叶片形状确定单元或所述第二仿真单元，直到所述第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计。

37、在一些实施例中，所述叶片形状确定单元，具体用于根据所述叶片参数中叶片在叶顶、50%叶高、叶根处沿着流线方向的载荷分布，叶片进出口的理论环量差值，叶片数量，叶轮子午流道尺寸，设计点流量，设计转速，尾缘处叶轮倾斜角，计算叶片沿着流线方向各个位置处的焓差载荷；根据叶片沿着流线方向各个位置处的焓差载荷确定叶片表面速度分布；根据叶片表面速度分布确定所述叶片形状。

38、在一些实施例中，所述第一参数调整单元，具体用于若所述第一性能曲线表征喘振流量小于第一预设性能要求中的目标喘振流量，增大所述叶片参数中叶片沿着流线方向的载荷分布中关键位置的载荷，若所述第一性能曲线表征喘振流量大于第一预设性能要求中的目标喘振流量，减小所述关键位置的载荷；若所述第一性能曲线表征阻塞余量小于第一预设性能要求中的目标阻塞余量，增大所述叶片参数中设计点的流量。

39、在一些实施例中，所述第二参数调整单元，具体用于：

40、若所述第二性能曲线表征喘振流量小于第二预设性能要求中的目标喘振流量，调整所述a点的位置，以减小所述o点与所述a点之间的轴线距离，得到调整后的所述拓宽流量槽的几何模型，并触发所述第二仿真单元；

41、若所述o点与所述a点之间的轴线距离达到最小值，所述第二性能曲线仍不满足第二预设性能要求，减小所述dp0b，并触发所述叶片形状确定单元，直到所述第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计。

42、在一些实施例中，所述第二参数调整单元，还具体用于：

43、若所述第二性能曲线表征喘振流量大于第二预设性能要求中的目标喘振流量，调整所述a点的位置，以增大所述o点与所述a点之间的轴线距离，得到调整后的所述拓宽流量槽的几何模型，并触发所述第二仿真单元；

44、若所述o点与所述a点之间的轴线距离达到最大值，所述第二性能曲线仍不满足第二预设性能要求，增大所述dp0b，并触发所述叶片形状确定单元，直到所述第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计。

45、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

46、本发明公开的一种拓宽流量槽与叶轮的联合设计方法及装置，根据喘振机理确定叶顶进口位置o点到拓宽流量槽的开槽位置a点的叶片载荷dp0b与拓宽流量槽的开槽位置a点是喘振流量的两个关键控制因素。在设置叶片参数之后，确定叶轮的几何模型，对叶轮的几何模型进行仿真，若仿真得到的叶轮的第一性能曲线不满足第一预设性能要求，调整叶片参数，直到仿真得到的叶轮的第一性能曲线满足第一预设性能要求，再确定包括a点位置的拓宽流量槽的几何参数，得到拓宽流量槽的几何模型之后对叶轮的几何模型和拓宽流量槽的几何模型进行联合仿真，若仿真得到的叶轮的第二性能曲线不满足第二预设性能要求，调整a点的位置和/或dp0b，并根据所调整的参数修改对应的几何模型后再进行仿真，直到第二性能曲线满足第二预设性能要求，完成对拓宽流量槽与叶轮的联合设计，在减少设计时间，保证叶轮效率的同时显著改善拓宽流量的效果。