Bezier曲线参数化高精度插补的研究与实现

给出了Bezier曲线的基本理论,利用差分插补方法来预估参数,结合机床实际加工过程中所必需满足的条件,对进给速度、机床最大加速度、最大弓高误差分别约束的参数进行比较,优化出最小的参数值,进行插补计算,很好地满足现代CNC机床的高精度加工的控制要求.再利用C++ builder开发软件完成了对三次Bezier曲线的插补仿真,给出了插补算法流程图及插补实例,验证了算法的可行性,在CAM中具有很高的使用价值.     

基于混合改型理论的风力机翼型参数化方法

翼型的参数化表达方法是风力机翼型优化设计理论中最基础的部分.基于此,研究由基于泛函的儒科夫斯基变换理论建立的翼型参数化集成表达方法和SOBIECZKY尾缘改型方法在优化过程中的特点与不足,提出一种混合式尾翼型缘改型方法.建立采用最优保存策略的遗传算法优化模型,以Xfoil作为目标函数流体力学求解器,使用涉及的几种参数化方法,对RAE2822和NACA63215初始翼型进行优化设计.优化结果表明,混合式尾缘改型方法有效地克服了上述泛函变换方法和SOBIECZKY尾缘改型方法的不足之处,其与泛函变换方法的结合能够全面而有效地控制翼型,特别是尾缘部分的形状,优化所得的翼型具有良好的气动性能.     

基于NACA翼型参数化方法的气动优化设计

采用NACA四位数翼型的中弧线结合厚度分布的参数化表达式获得翼型的设计参数,结合经过标准算例验证的基于SST-kw湍流模型的RANS（雷诺平均N-S方程）计算方法,实现对于翼型的黏性流场分析。采用拉丁超立方法确定DOE（实验设计）中的样本空间,依据约束条件筛选可行解集,使用响应面作为代理模型,采用NLPQL（非线性序列二次规划法）求解代理模型中的最优解,对最优解所在设计点进行单独验证,以此构成翼型的气动优化设计框架。在该框架下针对翼型的特定亚音速工况,开展减阻的优化设计,以翼型最大相对厚度、最大相对弯度以及最大弯度位置作为设计变量,阻力系数作为优化目标函数,并以升力和厚度限制作为气动和几何的约束条件。翼型在设计工况下的阻力系数优化结果与其他文献中的CST（类/形函数转换）参数化方法相比,设计变量更少且优化结果相当,表明该优化设计框架相对高效,具有实用价值。     

基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。     

不同尾缘齿型结构的海鸥翼型气动声学研究

本文提取具有优良气动性能的海鸥翼型对其尾缘进行仿生重构以降低气动噪声。采用大涡模拟（LES）进行三维瞬态流场计算,结合Ffowcs Williams和Hawkings发展的FW-H方法进行远场声学求解。系统研究了雷诺数为9.0×104,攻角为0°条件下,基于仿海鸥翅膀翼型的常规尾缘锯齿翼型、正弦型尾缘锯齿翼型及熨斗型尾缘锯齿翼型的气动噪声特性。研究结果表明：与原型翼型相比,常规尾缘锯齿翼型的升阻比损失最小,熨斗型尾缘锯齿翼型的升阻比损失最大。正弦型尾缘锯齿翼型的远场降噪效果最好,平均降噪幅度为5.72dB。与其他两种齿型结构相比,正弦型尾缘锯齿翼型能更有效地减小湍流宽频噪声和翼型表面的压力脉动,使整体旋涡脱落噪声明显下降。而熨斗型尾缘锯齿翼型在减小涡结构展向相关性的同时加剧了纵向空间涡结构的脱落,使整体声压级降低幅度最小。     

基于Bezier曲线的涡轮叶片参数化造型及优化设计

定、转子叶片的结构设计决定着涡轮钻具的工作性能。基于Bezier曲线理论方法,结合Turbosystem系统,提出了一套涡轮叶片参数化造型、性能预测到优化设计的完整数值模拟方法,并与试验数据对比验证了该方法的可行性。以Φ127涡轮钻具为例,基于此数值模拟方法,根据速度场和压力场以及叶片输出特性对叶片进行了优化设计,结果表明,优化改善了涡轮叶片工作时压力面、吸力面的脱流和漩涡现象,输出扭矩平均提升了1.022 N·m,效率平均提高了6.14%,涡轮钻具的整体工作性能得到改善。研究可为涡轮钻具叶片的设计和优化提供新的思路和科学依据。     

车用翼型热管散热器参数化分析与模型研究

为了研究翼型热管散热器的散热规律,使热管和翅片布置更合理,提升散热器综合性能,仿真分析了某工程车辆的管片式散热器单元,并与实验数据对比验证了其准确性;分析了热管和翅片不同布置形式对换热性能以及阻力性能的影响.分析结果表明:增加管列间距和管排间距对散热性能提升较大,分别达到了2.35％ 和23.74％.     

钝尾缘叶片三维建模方法的研究

钝尾缘风力机翼型目前被多数用于大型风力机叶片叶根与最大弦长处,这是因为气动上,钝尾缘翼型能够提高升力系数斜率、降低翼型不敏感性;而结构上,钝尾缘翼型与相同厚度翼型相比增加了截面面积和转动惯量[1],论文依据钝尾缘特点,提出设计钝尾缘翼型方案,并以58米长度叶片为例,设计钝尾缘翼型形状,以及此区域主模型的分模方式,完成三维模型建立,为后续有限元建模及模具加工制造提供基础。     

合成射流对钝尾缘翼型气动特性的影响

研究吸力面存在合成射流的情况下,钝尾缘翼型TR-4000-2000流场结构的变化及其升阻力系数等气动特性参数的变化趋势。在相同射流入口速度条件下,采用计算流体力学软件Fluent对相同来流速度不同攻角情况下翼型流场进行非定常数值模拟计算,分析射流前后翼型升阻力系数变化及翼型表面压力的波动状况;在此基础上,对不同射流频率和不同射流速度情况下翼型流场进行模拟计算,寻求最佳射流参数。结果表明,由于射流及尾缘涡的相互作用导致翼型的升阻力特性不断变化,钝尾缘翼型吸力面合成射流有明显的增升减阻效果,在15°攻角时尤为明显,升力系数提高约40%,阻力系数减小约25%。在量纲一射流速度和量纲一射流频率均为1时,射流对翼型的增升减阻效果最佳。     

翼型叶片精确参数化建模的研究及应用

从理论上分析了抛物线、单圆弧和双圆弧型翼型中心线方程,推导并更正了双圆弧中心线翼型的前、后缘方向角的取值规律。阐述了翼型叶片截面的参数化建模方法,利用微分的思想,通过中心线分割点的弧长值求得了对应横坐标,从而获得了更加精确的翼型叶片上、下轮廓控制点坐标参数化计算方法。在此基础上,开发了翼型叶片截面参数化绘图程序,实现了叶型截面的精确自动绘制。     

[刀具及切削工艺]一种基于几何调控的辊轧叶片前后缘加工曲面自适应重建方法

针对航空发动机压气机辊轧叶片前后缘溢料端数控加工问题,提出了一种基于设计曲面几何调控的前后缘加工曲面自适应重建方法。根据自由变形理论以及曲面能量控制原理,建立了具有变形约束能力的自由曲面几何调控模型;利用该模型建立了基于遗传算法求解的辊轧叶片前后缘加工曲面自适应重建策略。该策略通过微量调整叶片设计曲面几何形状,使其在逼近叶身型面测量数据的同时尽可能维持初始几何形状,最终实现了辊轧叶片前后缘加工曲面的自适应重建。实例验证结果表明：利用该方法获得的辊轧叶片前后缘加工曲面可以在保证叶片形状精度的同时实现其与实际叶身的圆滑转接。     

发动机叶片前后缘厚度测量装置研究

发动机叶片前后缘的测量对于保证发动机叶片气动性能的优劣至关重要,决定着发动机能量转换的效率。该项测量一直是一项技术难点,也没有专用的测量设备。文中提出了一种针对发动机叶片前后缘的测量方法,解决了前后缘厚度在(0.1~1 m m)范围内的测量,严格控制叶片生产全过程的误差,快速有效地提供叶片任意截面前后缘厚度数据,大大提高测量效率,以期为改善发动机性能作出贡献。同时研究相应的现场校准方法,保证量值溯源。     

基于图像处理的直线刃刀具角度测量

介绍了利用图像处理技术测量直线刃刀具角度的方法。首先采用判别分析法将图像二值化,再对图像进行开、闭运算,用八邻域算法来提取边缘轮廓。利用Hough变换得到轮廓角点的位置,进一步用最小二乘法将轮廓拟和,最终求出所需刀具角度。     

波浪型结节改形风机翼型的气动性能研究

采用大涡模拟湍流模型对前后缘波浪型结节改形风机翼型在雷偌数5×104下不同攻角的流动控制机理进行了数值研究。研究表明:相比于标准直翼型NACA0012,改形风机翼型在失速区得到了更平缓的升力曲线。在小攻角(α<12°)工况下,改形翼型的升力系数稍小,然而当攻角(α>12°)时,其升力系数明显提高,最高可达37%。改形翼型由于其前后缘沿展向呈正弦波浪型变化,在不同截面处的呈现出明显不同的尾迹结构,从而导致其表面自由剪切层发生扭曲。这种三维涡在其产生、发展以及推移过程中的相互作用,使得其三维尾迹涡结构在失速区能得到很好的控制,从而达到延迟流动分离及减小失速影响的目的。深入研究前后缘波浪型结节改形风机翼型尾迹结构的流动分布及物理特性等,对于揭示前后缘结节改形风机翼型流动控制机理具有非常重要的意义。     

离心压缩机叶片前缘形状对强度计算的影响

以某大型离心式压缩机的闭式叶轮为研究对象,在研究叶片前缘形状对叶轮性能的影响过程中,利用CAD软件Solidworks对3个闭式叶轮进行三维实体造型,并运用有限元软件ANSYS进行数值模拟计算.主要对比研究了钝形、圆形和椭圆形前缘对叶轮强度的影响.数值计算的结果表明:叶片前缘几何形状对离心压缩机的结构强度具有影响.     

磨削技术的新进展──硬脆材料光滑表面的超精磨削

阐述利用超细粒度金刚石砂轮进行硬脆材料光滑表面起精磨创的现状，提出获得硬脆材料光滑磨削表面的主要技术措施。     

基于儒可夫斯基变换的涡轮钻具叶片设计及性能分析

为提高涡轮钻具叶片使用性能和创新叶片设计理论,提出了基于儒可夫斯基保角变换法与经典水力翼型相结合的涡轮钻具叶片设计新方法,以?127涡轮钻具叶片为研究对象,运用搭建的涡轮钻具叶型参数化设计平台和自主设计的涡轮钻具性能测试台架,完成了5种翼型的造型设计,研究了5种叶片流场性能,开展了设计叶片的性能测试实验,对比分析了设计叶片与塔里木油田某型在役?127涡轮叶片的实际效能。实验及仿真结果表明,基于新方法设计的NACA-0012翼型加厚叶片在600 r/min转速及15 L/s流量的设计工况下,其单级扭矩达5.83 N·m,较相同条件下某在役?127涡轮的单级扭矩提高约6.4%,级效率提高约1.16%,整体性能有了实质提升。