基于NURBS的涡轮叶片参数化设计

张为民，郝小忠，何 磊

(1．中国燃气涡轮研究院，四川江油 621703)

(2．南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016)

叶片是航空发动机的核心零件。在实际的叶片设计中，设计师根据叶片截面关键几何尺寸，选用合适的翼型离散数据点，手工计算出叶片的型值点，使用常规CAD/CAM软件中需要大量交互建模的设计方式构造叶身模型，设计过程周期长，计算工作量大，难以满足设计过程中需要大量反复修改的要求，设计师在不断修改叶片的三维模型上花费了大量的时间［1］。

叶片的设计是一个不断迭代的过程，叶片的结构参数需要根据气动设计、强度设计的要求进行反复调整，这就对叶片的参数化设计提出了较高的要求。

1 翼型模板定义

叶片型面是由多个截面轮廓曲线按一定的规律积叠而成的空间曲面，因此叶片参数化设计的关键是进行各截面形状的设计。叶片的截面形状都类似于飞机机翼截面形状，一般称之为机翼形，叶片的翼型如图1所示。叶片设计中所用到的翼型资料一般是从航空翼型资料和试验研究中得来的。最常用的翼型有NACA翼型，它是20世纪30年代末美国航空咨询委员会(NACA)提出的［2］。

图1 叶片翼型图

翼型由前缘圆弧、叶背型线、后缘圆弧、叶盆型线4条曲线组成，曲线以离散型值数据点来表示。离散数据点很难参数化表示，前缘、后缘圆弧由两次规则曲线表示，叶背、叶盆型线由三次自由曲线表示，而一般非有理方法无法同时表示这两种曲线。……