基于引导线的涡轮气冷叶片伸根建模方法

朱 谦 宁 涛 席 平

(北京航空航天大学 机械工程及自动化学院，北京 100191)

1 问题提出

涡轮是航空发动机最重要的结构件之一，是受高温、高压燃气包围以高速旋转并承受高负荷的热端部件［1］.涡轮气冷叶片是空心结构零件，内腔供冷气流通，如图1所示.其结构形状与传热和冷却气流的温度分布关系密切，外形与气动性能、强度等有关，因此结构设计十分复杂，是多专业的技术综合.

从几何建模角度，涡轮叶片分为3个主要部分:叶身、缘板和榫头，如图2所示.叶身和榫头之间的过渡段称为伸根.其外表面是一张光滑曲面，内部有通道连接叶身内腔和榫头内腔，进行结构设计时通道在指定高度上需满足给定的截面面积要求以控制冷气的流速和流量.

伸根段设计是设计人员根据经验多次反复迭代、协调和折衷的过程，设计繁琐工作量大，直接影响整个涡轮叶片设计周期.利用参数化建模方法进行伸根段过渡曲面构造，可以有效的提高设计效率和设计质量.

图1 涡轮叶片内腔结构示意图

图2 涡轮叶片

文献［2］针对航空发动机气冷叶片进行基于特征的参数化方法研究，提出了叶片内腔由内型反相实体表示，整个叶片由外型实体和内型实体使用布尔差运算得到，实现了叶身特征和部分附属特征的参数化设计，但对伸根的建模方法涉及很少.文献［3］首先通过直纹面放样并与平面相交得到中间截面线，再修改中间截面线，最后用蒙皮法生……