CAESES在涡轮冷却叶片的参数化造型应用

天洑软件

概述：
目前的航空发动机及燃气轮机的涡轮部件中，由于来流温度远远超过叶片材料能够承受的范围，一般都需要在涡轮前几级叶片中添加冷却结构。

如上图所示，常见的冷却结构包括叶片的内腔、肋板、扰流柱以及叶片表面的气膜孔等。冷却结构一般都较为复杂，且需要能够随着叶片形状的变化而变化，内部的腔室结构、肋板、扰流柱、孔的排布及几何形状等都有可能需要调整，手动处理较为麻烦。
我们在CAESES软件中构建了典型涡轮冷却结构的全参数化模型，使得整个模型能够随着叶片自身形状的变化而调整，并能够通过修改参数快速的调整叶片的内部冷却结构，从而可以有效的降低冷却叶片的设计周期。

建模方法：
1.涡轮叶片模型
我们可以在CAESES中构建一个完整的叶片曲面，也可以将外部的叶片曲面截面数据，或三维曲面模型（IGES格式等）导入CAESES中，行成相应的叶片曲面。

导入涡轮叶片

2.参数设定
冷却叶片的参数变化主要体现在内腔、开孔、肋板等特征的形状、位置、数目等内容上；
  ●叶片内腔曲面的造型，需要根据叶片曲面自动进行调整；
  ●内腔中各式各样的小结构阵列分布在曲面上，这些结构需要重复生成；而CAESES强大的feature功能，能够将任意模型的建模过程封装起来，使得我们能够方便的阵列某些类型的模型结构，也能在模型创建的过程中添加各种约束，以有效的规避有可能出现的错误；
  ●冷却叶片开孔、开槽等小结构的定位必须和叶片曲面始终关联起来，避免叶片曲面改变之后导致的模型错误；
  ●CAESES的surface曲面有U和V的方向区分，曲面上的每个位置都能以U、V方向比例位置的方式进行定位，所以内腔的小结构均可以此方式进行定位；

CAESES曲面信息示意

3.创建辅助曲面
基于叶片曲面相对位置，定位尾缘出气孔位置辅助面；
创建叶片内部中弧面，用于协助定位内腔肋板、扰流柱等结构

叶片内壁面及中弧面

4.创建竖向肋板
在中弧面的基础上创建与中弧面垂直的竖向肋板，以竖向肋板的曲面进行定位，创建圆柱阵列，并与肋板进行布尔运算，形成开孔结构；

竖向肋板模型示意

5.创建尾部挡块及分隔板
通过CAESES中使用feature功能封装的建模模块，在中弧面尾缘位置创建一系列挡块模型，挡块的个数、位置、形状都由参数控制，创建分隔板模型，其位置及形状由相应参数控制。

尾部挡块及主肋板

6.创建叶片榫头
在叶片榫头模型内部，创建分隔腔室，并与叶片内冷却通道模型连接。

叶片榫头内流道

7.创建肋条模型
创建肋条模型，并定义其长度、倾角、个数等为参数。

平面曲线控制空间肋条生成

8.创建扰流柱模型
通过feature定义的方式，在中弧面上创建出多组扰流柱，各组扰流柱可以设定不同的排布规律，通过参数的约束，限定各组扰流柱在叶片中的比例位置，设置各组扰流柱个数、直径等参数。

扰流柱模型

9.创建顶部凹槽模型
提取叶顶的曲线，然后根据肋板所在的位置，确定定位点，在顶部凹槽辅助曲面上截取部分曲面，并采用光顺曲面进行连接和封闭。

扰流柱模型

10.创建叶片开孔模型
通过圆柱模型与叶片进行布尔运算，生成气膜孔模型，孔的排数，各排叶片相对位置、孔个数及孔直径大小，都可以直接通过参数进行调整。

叶片开孔模型

11.组合冷却叶片模型
将各冷却结构组合，生成最终的冷却叶片实体模型。

布尔运算创建出冷却叶片模型

模型展示：
替换初始叶片曲面，生成不同的冷却叶片模型

不同结构的冷却叶片模型

冷却叶片全周显示