本發(fā)明屬于離心式葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)，特別涉及一種離心葉輪流道設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、航空或民用發(fā)動機(jī)離心葉輪內(nèi)部氣體通常由軸向進(jìn)入，然后轉(zhuǎn)為徑向流出的方式進(jìn)行流動，主要通過離心力進(jìn)行做功。當(dāng)前階段的流道的進(jìn)口通常為水平方向或者帶小角度的下壓角或上抬角，然后通過一定的曲線轉(zhuǎn)接到豎直方向，整條流道線通常采用樣條曲線、低階或高階bezier曲線，并保持沿程面積光順變化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減少沿程流動損失。

2、現(xiàn)有的離心葉輪流道設(shè)計(jì)方法在高通流、高負(fù)荷情況下存在以下弊端：通流能力強(qiáng)，速度高，氣流轉(zhuǎn)向損失較大；轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷重，輪轂面周向二次流動復(fù)雜，容易產(chǎn)生氣流分離，阻礙流通能力的進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出一種離心葉輪流道設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

2、根據(jù)初始子午面輪轂流道和初始機(jī)匣流道，確定流道中線；

3、根據(jù)流道中線確定流道中線的沿程弧長和總弧長，并建立沿程弧長比計(jì)算模型；

4、根據(jù)初始輪轂流道和初始機(jī)匣流道，建立三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型；

5、根據(jù)三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型和沿程弧長比計(jì)算模型建立沿程面積變化率計(jì)算模型；

6、調(diào)整沿程面積變化率的變化曲線的形狀；

7、根據(jù)初始輪轂流道或初始機(jī)匣流道建立法向直線計(jì)算模型；

8、根據(jù)沿程面積變化率計(jì)算模型、法向直線計(jì)算模型和初始輪轂流道或初始機(jī)匣流道，確定新的機(jī)匣流道或新的輪轂流道。

9、優(yōu)選地，根據(jù)初始子午面輪轂流道和初始機(jī)匣流道，確定流道中線，包括以下步驟：

10、對初始子午面輪轂流道和初始機(jī)匣流道進(jìn)行等弧長插值加密至n個點(diǎn)，加密后的輪轂流道坐標(biāo)點(diǎn)：(xh1，rh1)；(xh2，rh2)；……；(xhn，rhn)；共n個點(diǎn)；

11、加密后的機(jī)匣流道坐標(biāo)點(diǎn)：(xs1，rs1)；(xs2，rs2)；……；(xsn，rsn)；共n個點(diǎn)；

12、根據(jù)加密后的輪轂流道坐標(biāo)點(diǎn)和相對應(yīng)的機(jī)匣流道坐標(biāo)點(diǎn)，依次計(jì)算輪轂流道與機(jī)匣流道的流道中線相對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)；

13、將計(jì)算得到的輪轂流道與機(jī)匣流道的流道中線相對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)依次用樣條曲線連接，得到流道中線。

14、優(yōu)選地，計(jì)算輪轂流道與機(jī)匣流道的流道中線相對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，包括：

15、設(shè)定第i個輪轂流道坐標(biāo)點(diǎn)(xhi，rhi)與第i個機(jī)匣流道坐標(biāo)點(diǎn)(xsi，rsi)的流道中線相對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)為(xi，ri)：

16、xi＝(xhi+xsi)/2；其中，i＝1，2，……，n；

17、ri＝(rhi+rsi)/2；其中，i＝1，2，……，n。

18、優(yōu)選地，根據(jù)初始輪轂流道建立法向直線計(jì)算模型，包括以下步驟：

19、計(jì)算出每個點(diǎn)的法向斜率，設(shè)定第i個點(diǎn)的法向斜率為ki；

20、

21、其中，輪轂流道的第i-1個坐標(biāo)點(diǎn)為：(xhi-1，rhi-1)；輪轂流道的第i+1個坐標(biāo)點(diǎn)為：(xhi+1，rhi+1)；

22、確定初始輪轂流道各點(diǎn)的法向直線計(jì)算模型如下：

23、rsi＝ki*(xsi-xhi)+rhi；

24、其中，i＝2，……，n-1；第i個輪轂流道坐標(biāo)點(diǎn)(xhi，rhi)，第i個機(jī)匣流道坐標(biāo)點(diǎn)(xsi，rsi)；

25、而當(dāng)i＝1時，xs1＝xh1；當(dāng)i＝n時，rsn＝rhn。

26、優(yōu)選地，根據(jù)初始機(jī)匣流道建立法向直線計(jì)算模型，包括以下步驟：

27、計(jì)算出每個點(diǎn)的法向斜率，設(shè)定第i個點(diǎn)的法向斜率為ki；

28、

29、其中，初始機(jī)匣流道的第i-1個坐標(biāo)點(diǎn)為：(xhi-1，rhi-1)；初始機(jī)匣流道的第i+1個坐標(biāo)點(diǎn)為：(xhi+1，rhi+1)；

30、確定初始機(jī)匣流道各點(diǎn)的法向直線計(jì)算模型如下：

31、rhi＝ki*(xhi-xsi)+rsi；

32、其中，i＝2，……，n-1；第i個輪轂流道坐標(biāo)點(diǎn)(xhi，rhi)，第i個機(jī)匣流道坐標(biāo)點(diǎn)(xsi，rsi)；

33、而當(dāng)i＝1時，xh1＝xs1；當(dāng)i＝n時，rhn＝rsn。

34、優(yōu)選地，根據(jù)流道中線確定沿程弧長和總弧長，并建立沿程弧長比計(jì)算模型；包括以下步驟：

35、設(shè)定從進(jìn)口點(diǎn)始的沿程各點(diǎn)到進(jìn)口點(diǎn)的距離來計(jì)算沿程弧長依次為：l1，l2，……，ln；

36、l1＝0；

37、

38、第i個點(diǎn)沿程弧長為li：

39、

40、根據(jù)沿程弧長和總弧長，建立沿程弧長比計(jì)算模型，具體如下：

41、

42、其中，為第i個點(diǎn)的沿程弧長比，ln為總弧長。

43、優(yōu)選地，根據(jù)初始輪轂流道和初始機(jī)匣流道，建立三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型；包括以下步驟：

44、設(shè)定第i個環(huán)形通流面積ai，第i個三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型，具體如下，

45、

46、其中，第i個輪轂流道坐標(biāo)點(diǎn)(xhi，rhi)，第i個機(jī)匣流道坐標(biāo)點(diǎn)(xsi，rsi)；i＝1，2，……，n。

47、優(yōu)選地，根據(jù)三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型和弧長比計(jì)算模型建立沿程面積變化率計(jì)算模型；包括以下步驟：

48、計(jì)算沿程通流面積與進(jìn)口面積a1的比值，獲得沿程面積比，具體如下；

49、其中為第i個沿程通流面積與進(jìn)口面積a1的比值，ai為第i個沿程通流面積，a1為進(jìn)口面積；

50、根據(jù)沿程面積比和沿程弧長比，建立沿程面積變化率計(jì)算模型，具體如下：

51、

52、其中，為第i個點(diǎn)的沿程弧長比。

53、優(yōu)選地，還包括以下步驟，

54、調(diào)整新輪轂流道或新機(jī)匣流道使其光順，得到最終優(yōu)化后的新輪轂流道或者新機(jī)匣流道。

55、優(yōu)選地，包括：

56、第一計(jì)算模塊，根據(jù)初始子午面輪轂流道和初始機(jī)匣流道，確定流道中線；

57、第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)初始輪轂流道或初始機(jī)匣流道建立法向直線計(jì)算模型；

58、第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)流道中線確定沿程弧長和總弧長，并建立沿程弧長比計(jì)算模型；

59、第四計(jì)算模塊，用于根據(jù)初始輪轂流道和初始機(jī)匣流道，建立三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型；

60、第五計(jì)算模塊，用于根據(jù)三維環(huán)形通流面積計(jì)算模型確定的沿程面積和沿程弧長比計(jì)算模型建立沿程面積變化率計(jì)算模型；

61、第六計(jì)算模塊，用于根據(jù)需要調(diào)整沿程面積變化率的變化曲線的形狀；

62、第七計(jì)算模塊，用于根據(jù)沿程面積變化率計(jì)算模型、法向直線計(jì)算模型和初始輪轂流道或初始機(jī)匣流道，計(jì)算新的機(jī)匣流道或新的輪轂流道。

63、優(yōu)選地，第三計(jì)算模塊具體用于，沿程弧長和總弧長的計(jì)算。

64、優(yōu)選地，第四計(jì)算模塊具體用于，各點(diǎn)三維環(huán)形通流面積計(jì)算。

65、本設(shè)計(jì)方法在初始子午流道的基礎(chǔ)上，根據(jù)三維數(shù)值仿真流場情況，結(jié)合沿程面積變化率來給定機(jī)匣(或輪轂)流道控制輪轂(或機(jī)匣)流道的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，本設(shè)計(jì)方法在減少流道面的二次流損失、提升氣動性能和穩(wěn)定工作裕度方面效果明顯。

66、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。