本發(fā)明一般地涉及葉輪機(jī)械加工領(lǐng)域，尤其涉及葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成方法。

背景技術(shù)：

在進(jìn)行葉輪機(jī)葉片氣動設(shè)計時，通常考核設(shè)計工況下葉片的氣動特性，即在承受熱負(fù)荷和氣動負(fù)荷時葉片的氣動性能，此時設(shè)計出的葉片形狀稱之為熱態(tài)葉型。葉輪機(jī)械在不運(yùn)轉(zhuǎn)時即無熱負(fù)荷和氣動負(fù)荷時的葉片形狀稱之為冷態(tài)葉型。由于熱負(fù)荷和氣動負(fù)荷的作用，葉片會產(chǎn)生一定的形變，熱態(tài)葉型與葉輪機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時的冷態(tài)葉型存在差異，這種差異在高壓比高負(fù)荷的葉輪機(jī)葉片(如多級軸流壓氣機(jī))中更加顯著。

實(shí)踐中，在生產(chǎn)加工時用到的生產(chǎn)葉型是在沒有熱負(fù)荷和氣動負(fù)荷條件下的冷態(tài)葉型，一般是應(yīng)用有限元計算軟件基于熱態(tài)葉型計算得到冷態(tài)葉型。即，首先考慮了氣動力載荷、離心載荷(轉(zhuǎn)子)和熱載荷設(shè)計出熱態(tài)葉型，再從設(shè)計好的熱態(tài)葉片計算出無載荷時的冷態(tài)葉片，此過程稱為葉片的冷熱轉(zhuǎn)換。但是，通過冷熱轉(zhuǎn)換直接得到的冷態(tài)葉型點(diǎn)分布規(guī)律不統(tǒng)一、排列形式也是雜亂無章的，結(jié)構(gòu)無法建模且不能滿足加工的需求。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)葉型輸出方法通過葉片造型與有限元計算后的冷態(tài)葉型進(jìn)行迭代，具體為冷熱計算時給出冷熱態(tài)葉型主要造型參數(shù)之間的差異，如扭轉(zhuǎn)角，徑向或軸向位置等，氣動專業(yè)根據(jù)變化量得到新的葉片造型的輸入?yún)?shù)，通過葉片造型得到新的葉型，然后比較新葉型與有限元點(diǎn)的差異，修正葉片造型輸入?yún)?shù)，進(jìn)行迭代，直到造型后葉型與計算后冷態(tài)葉型的差異收斂至滿足工程需求。但冷熱計算后給出的變化量值是一種近似，無法得到葉片造型時所有造型參數(shù)的準(zhǔn)確值，這些使得迭代次數(shù)和迭代耗時增加，這種迭代有時甚至無法收斂。如果碰到處理多級壓氣機(jī)冷態(tài)葉型的工作，工作量成倍增加。

因此本領(lǐng)域需要突破傳統(tǒng)生產(chǎn)葉型輸出方法，能簡單快捷地輸出用于葉片生產(chǎn)的高精度葉型數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成方法，包括：

獲取該葉輪機(jī)葉片的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集，該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集是通過冷熱計算從熱態(tài)葉型得到的；

對該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布于沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個非等高截面，每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)沿截面邊緣依次排列；以及

基于排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一實(shí)例中，該對該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序包括基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在葉高方向上的坐標(biāo)值進(jìn)行排序，葉高方向上的坐標(biāo)值差異小于預(yù)設(shè)的葉高閾值的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被排在一個非等高截面內(nèi)。

在一實(shí)例中，該對該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序還包括基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中相互之間距離最近的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被表征為相鄰的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

在一實(shí)例中，該對該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序還包括基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角來對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中經(jīng)排序的一冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)和緊鄰的在前冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量與其和緊鄰的在后冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角小于預(yù)設(shè)的夾角閾值。

在一實(shí)例中，該基于排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值包括：

對每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理以增加位于截面前緣和尾緣位置處的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度；以及

基于加密后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的該生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一實(shí)例中，采用弧長累加法對每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理。

在一實(shí)例中，該基于排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值包括：

濾除位于該葉輪機(jī)葉片的端區(qū)倒圓位置的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)；

基于濾除后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的該生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合，其中位于該葉輪機(jī)葉片的端區(qū)倒圓位置的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過外插得到的。

在一實(shí)例中，端區(qū)倒圓位置的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過線性外插得到的，以及非端區(qū)倒圓位置的生成坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過三次樣條內(nèi)插得到的。

在一實(shí)例中，該方法還包括：

以該葉輪機(jī)葉片的熱態(tài)葉型為基葉型對端區(qū)倒圓位置處基于外插得到的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的端區(qū)葉型進(jìn)行擬合以得到端區(qū)倒圓位置的光滑葉型部分；以及

用該光滑葉型部分替代該生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合當(dāng)中位于端區(qū)倒圓位置處的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以獲得經(jīng)優(yōu)化的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一實(shí)例中，采用最小二乘法執(zhí)行該擬合。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取該葉輪機(jī)葉片的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集，該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集是通過冷熱計算從熱態(tài)葉型得到的；

排序模塊，用于對該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布于沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個非等高截面，每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)沿截面邊緣依次排列；以及

插值模塊，用于基于排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一實(shí)例中，該排序模塊基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在葉高方向上的坐標(biāo)值進(jìn)行排序，葉高方向上的坐標(biāo)值差異小于預(yù)設(shè)的葉高閾值的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被排在一個非等高截面內(nèi)。

在一實(shí)例中，該排序模塊進(jìn)一步基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中相互之間距離最近的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被表征為相鄰的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

在一實(shí)例中，該排序模塊進(jìn)一步基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角來對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中經(jīng)排序的一冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)和緊鄰的在前冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量與其和緊鄰的在后冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角小于預(yù)設(shè)的夾角閾值。

在一實(shí)例中，該插值模塊進(jìn)一步用于：

對每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理以增加位于截面前緣和尾緣位置處的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度；以及

基于加密后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的該生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一實(shí)例中，該插值模塊采用弧長累加法對每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理。

在一實(shí)例中，該裝置還包括過濾模塊，以用于濾除位于該葉輪機(jī)葉片的端區(qū)倒圓位置的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)，

其中該插值模塊基于濾除后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿該葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的該生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合，其中位于該葉輪機(jī)葉片的端區(qū)倒圓位置的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過外插得到的。

在一實(shí)例中，端區(qū)倒圓位置的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過線性外插得到的，以及非端區(qū)倒圓位置的生成坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過三次樣條內(nèi)插得到的。

在一實(shí)例中，該裝置還包括：

擬合模塊，用于以該葉輪機(jī)葉片的熱態(tài)葉型為基葉型對端區(qū)倒圓位置處基于外插得到的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的端區(qū)葉型進(jìn)行擬合以得到端區(qū)倒圓位置的光滑葉型部分；以及

替換模塊，用于用該光滑葉型部分替代該生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合當(dāng)中位于端區(qū)倒圓位置處的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以獲得經(jīng)優(yōu)化的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一實(shí)例中，該擬合模塊采用最小二乘法執(zhí)行該擬合。

附圖說明

在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成方法的流程圖；

圖2a-2c是示出了原始冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)及其排列前后的對比示意圖；

圖3是示出了排序完成后每個截面點(diǎn)排列順序的示意圖；

圖4是示出了搜尋點(diǎn)的向量夾角閾值限制的示意圖；

圖5是示出了搜尋每個截面的前后緣的示意圖；

圖6是示出了前緣位置經(jīng)插值后的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布圖；

圖7是示出了內(nèi)插等高面生產(chǎn)葉型點(diǎn)的示意圖；

圖8是示出了插值后葉型與初始等高面生產(chǎn)葉型的示意圖；

圖9是示出了初始等高面生產(chǎn)葉型與經(jīng)端區(qū)處理后的最終生產(chǎn)葉型的示意圖；

圖10是示出了冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)與生產(chǎn)葉型模型之間距離差異大于0.01mm的點(diǎn)的分布圖；

圖11是示出了沿葉高方向冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)與生產(chǎn)葉型偏差圖；以及

圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成裝置的框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。

在本發(fā)明中，摒棄了傳統(tǒng)的生產(chǎn)葉型輸出方法，直接對熱冷計算后的冷態(tài)葉型進(jìn)行處理，簡單有效地得到滿足加工要求的生產(chǎn)坐標(biāo)。本文中，沿著葉展方向不同截面高度給出滿足加工要求的冷態(tài)葉片坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)，稱為葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)。為此，本發(fā)明中首先采用了將無序點(diǎn)排列成滿足要求的有序點(diǎn)，更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中還去除了根部倒圓的影響。因?yàn)樵谟嬎闳~片從熱態(tài)轉(zhuǎn)換成冷態(tài)過程中，葉片是帶有端部倒圓，如轉(zhuǎn)子根部倒圓，靜子根尖倒圓等，而在生產(chǎn)加工時是需要由加工方根據(jù)倒圓要求重新進(jìn)行倒圓，為了達(dá)成更高精度，需要將冷態(tài)葉型處理轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)葉型過程中去除端部葉型倒圓的影響。

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成方法100的流程圖。

首先，在步驟101，獲取葉輪機(jī)葉片的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集，這里的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集可以是通過冷熱計算從熱態(tài)葉型轉(zhuǎn)換得到的。

這里的術(shù)語“獲取”可以是直接獲取轉(zhuǎn)換后的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集，也可以是對熱態(tài)葉型直接執(zhí)行轉(zhuǎn)換以得到冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集。

在步驟102，對冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布于沿葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個非等高截面，每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)沿截面邊緣依次排列。

冷熱計算后得到的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)有一定的排布規(guī)律，分為多個流面，每個流面上點(diǎn)的數(shù)目相同，如圖2a所示。但是，在文件中，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)排列順序是雜亂無章的，如附圖2b所示，將點(diǎn)按照前后順序用線段連接起來可以看出。

排序后的點(diǎn)分成多個非等高截面，每個截面的起始點(diǎn)從前緣開始，按照統(tǒng)一的方向沿截面邊緣排列，比如從前緣開始，沿著葉背面至尾緣，經(jīng)過尾緣沿著葉盆面回到前緣，附圖3所示，且葉根至葉高有序排列。

在一實(shí)例中，該排序至少基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在葉高方向上的坐標(biāo)值進(jìn)行排序，葉高方向上的坐標(biāo)值差異小于預(yù)設(shè)的葉高閾值的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被排在一個非等高截面內(nèi)。然后，基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中相互之間距離最近的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被表征為相鄰的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。較優(yōu)地，還基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角來對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中經(jīng)排序的一冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)和緊鄰的在前冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量與其和緊鄰的在后冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角小于預(yù)設(shè)的夾角閾值。

例如，排序時首先找出點(diǎn)集中某個坐標(biāo)方向最小的點(diǎn)作為每個流面第一個點(diǎn)(比如，X值最小的點(diǎn))，然后找出與第一個點(diǎn)距離最小的點(diǎn)作為第二點(diǎn)，為了保證第二個點(diǎn)與第一個點(diǎn)處于同一流面上，可以加上另外一個約束條件，即葉高方向的坐標(biāo)值差異在某葉高閾值內(nèi)，該葉高根據(jù)冷態(tài)葉型點(diǎn)分布的具體情況進(jìn)行閾值調(diào)整。第三個點(diǎn)的找尋還可再遵循一個限制，即除了與第二個點(diǎn)的距離最小，以及與第二點(diǎn)葉高方向坐標(biāo)值差異在葉高閾值內(nèi)之外，還要保證第三個點(diǎn)與第二點(diǎn)向量和第一個點(diǎn)與第二個點(diǎn)的向量夾角小于某個夾角閾值，比如，夾角小于60°，如附圖4所示。在圖中點(diǎn)1和點(diǎn)2已經(jīng)確定的情況下，如果不限制向量夾角的閾值，可能會搜尋到圖中的點(diǎn)4(錯誤點(diǎn))，而錯過了正確的點(diǎn)3。在確定了每個流面前三個點(diǎn)之后，后續(xù)的點(diǎn)按照第三個點(diǎn)的搜尋限制條件，可以一一搜尋確定。在完成一個流面上所有點(diǎn)的搜尋之后，重復(fù)以上步驟進(jìn)行第二個流面的搜尋排序，直到所有截面的點(diǎn)搜尋排序完畢。

排序后每個非等高截面的起始點(diǎn)不一定是前緣點(diǎn)，需要搜尋出前后緣點(diǎn)，方便下一步驟在前后緣處進(jìn)行加密。搜尋前緣點(diǎn)時，前緣區(qū)域總點(diǎn)數(shù)是已知的，如附圖5前緣共13點(diǎn)，對稱分布于前緣點(diǎn)兩側(cè)。假設(shè)第一個點(diǎn)和相鄰的第二點(diǎn)距離L0，計算出其他相鄰兩點(diǎn)之間的距離L，當(dāng)出現(xiàn)L是L0某倍率以上時，判斷此時的點(diǎn)是剛好不屬于前緣區(qū)域的點(diǎn)，根據(jù)前緣區(qū)域總點(diǎn)數(shù)可以回推前緣點(diǎn)位置(因?yàn)榍熬墔^(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)是關(guān)于前緣點(diǎn)對稱分布的)，從而將每個截面起始點(diǎn)改成前緣點(diǎn)。根據(jù)每個截面第一個點(diǎn)葉高方向的數(shù)值進(jìn)行排序，使得第一個截面為葉根，沿高度方向排列累加至最后一個截面為葉尖截面。

在步驟103，對每個非等高截面的上的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值，以增加位于截面前緣和尾緣位置處的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度。

排序好的截面點(diǎn)在前后緣曲率較大的地方點(diǎn)密度不夠，分布不均勻，連接的曲線不足夠光順，需要進(jìn)一步對每個截面進(jìn)行插值。

在插值時，前后緣曲率較大的地方需要加密。通常有限元計算后的冷態(tài)葉型點(diǎn)數(shù)在葉盆和葉背面是對稱的，找出了每個截面的前緣點(diǎn)也即找出了每個截面的尾緣點(diǎn)，采用弧長累加的方式對每個截面的點(diǎn)進(jìn)行插值，插值時分別對葉盆和葉背曲線進(jìn)行插值，插值后將葉盆葉背曲線合并成一條完整的封閉曲線，如圖6。由于葉型某X方向可能對于兩個Y值，所以采用弧長累加的方式進(jìn)行插值，每個點(diǎn)對應(yīng)的累加弧長是前面所有點(diǎn)的弧長之和，所以保證每個點(diǎn)累加弧長值對應(yīng)唯一的坐標(biāo)值，可以進(jìn)行插值。

在步驟104，濾除端區(qū)有倒圓的截面點(diǎn)，基于濾除后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

插值時，可根據(jù)生產(chǎn)坐標(biāo)葉高數(shù)值，將冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)加密后的葉型插值到若干等高的生產(chǎn)截面上，內(nèi)部點(diǎn)采用三次樣條擬合，兩端葉型線性外插，得到初始生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行冷熱換算計算時，葉片端區(qū)的倒圓對計算結(jié)果影響較大，通常計算時葉片帶有端區(qū)倒圓，轉(zhuǎn)子在葉根處，靜子在葉根和葉尖處，但在工廠進(jìn)行加工時倒圓是根據(jù)生產(chǎn)圖紙給出的半徑值，由工廠進(jìn)行倒圓生產(chǎn)。因此，生產(chǎn)葉型是無倒圓數(shù)據(jù)的，需要在生產(chǎn)葉型輸出時去除端區(qū)倒圓。又由于生產(chǎn)坐標(biāo)是嚴(yán)格等高面的，即葉型一圈葉高方向的數(shù)值是完全相等的，所以在去除端區(qū)處于倒圓區(qū)域的截面點(diǎn)后，需要根據(jù)給定的生產(chǎn)坐標(biāo)葉高數(shù)值，將葉型數(shù)據(jù)插值到生產(chǎn)截面上。生產(chǎn)坐標(biāo)葉高在流面點(diǎn)之間的內(nèi)部點(diǎn)采用三次樣條擬合，如圖7所示，在流面點(diǎn)之外的兩端葉型采用線性外插，得到初始生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如圖8所示。

在步驟105：以葉輪機(jī)葉片的熱態(tài)葉型為基葉型對端區(qū)倒圓位置處基于外插得到的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的端區(qū)葉型進(jìn)行擬合以得到端區(qū)倒圓位置的光滑葉型部分。

上一步驟中得到的初始生產(chǎn)葉型數(shù)據(jù)在兩端區(qū)由于是線性外插的，存在著葉型變形問題，如圖9的虛線所示。解決方法是以熱態(tài)葉型為基葉型，采用例如最小二乘法對外插變形的葉型進(jìn)行擬合近似，得到光滑的端區(qū)葉型。

作為示例，熱態(tài)葉型最小二乘擬合變形葉型的方法如下：

變形葉型截面為目標(biāo)截面：(Xm，Ym，Zm)

熱態(tài)葉型為基葉型：(Xb，Yb，Zb)

構(gòu)造新的葉型：(Xn，Yn，Zn)，令：

Xn＝a1*Xb+b1*Yb+c1*Zb+d1

Yn＝a2*Xb+b2*Yb+c2*Zb+d2

Zn＝a3*Xb+b3*Yb+c3*Zb+d3

構(gòu)造偏差方程：

Pi＝((Xn-Xm)^2+(Yn-Ym)^2+(Zn-Zm)^2)^0.5

最終使誤差Error＝∫Pi·ds最小化。即對上式系數(shù)a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2，d2，a3，b3，c3，d3分別求導(dǎo)，對于每個擬合截面得到12x12的系數(shù)矩陣，求解得到以上系數(shù)后，即可得到新的葉型。

在步驟106，用該光滑葉型部分替代生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合當(dāng)中位于端區(qū)倒圓位置處的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以獲得經(jīng)優(yōu)化的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

即，用端區(qū)光滑葉型代替初始生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)中變形的部分得到最終的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并按照加工要求的局部坐標(biāo)系數(shù)據(jù)和格式輸出。

可對根據(jù)本發(fā)明的方案得到的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行驗(yàn)證。即，將輸出的生產(chǎn)坐標(biāo)通過UG建模，再輸入原始有限元冷態(tài)坐標(biāo)點(diǎn)，通過UG計算冷態(tài)葉型點(diǎn)與模型之間的距離。圖10為差異大于0.01mm的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)分布，主要集中在根部局部區(qū)域，主流通道區(qū)域差異值小于0.01mm，滿足工程加工要求，圖11為冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)與生產(chǎn)葉型差異值分布圖。

盡管為使解釋簡單化將上述方法圖示并描述為一系列動作，但是應(yīng)理解并領(lǐng)會，這些方法不受動作的次序所限，因?yàn)楦鶕?jù)一個或多個實(shí)施例，一些動作可按不同次序發(fā)生和/或與來自本文中圖示和描述或本文中未圖示和描述但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他動作并發(fā)地發(fā)生。例如，上述流程中，可在不進(jìn)行冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)加密的情況下，進(jìn)行生產(chǎn)截面的插值；也可在沒有進(jìn)行端區(qū)倒圓處理的情況下直接進(jìn)行生產(chǎn)截面的插值。上述流程僅是本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施方式。

圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的葉輪機(jī)葉片的生產(chǎn)坐標(biāo)的生成裝置1200的框圖。

如圖12所示，生成裝置1200可包括獲取模塊1210，排序模塊1220，以及插值模塊1230。

獲取模塊1210可用于獲取葉輪機(jī)葉片的冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集，該冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集是通過冷熱計算從熱態(tài)葉型得到的。

排序模塊1220可用于對冷態(tài)葉型數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布于沿葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個非等高截面，每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)沿截面邊緣依次排列。

在一實(shí)例中，排序模塊1220可基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在葉高方向上的坐標(biāo)值進(jìn)行排序，葉高方向上的坐標(biāo)值差異小于預(yù)設(shè)的葉高閾值的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被排在一個非等高截面內(nèi)。進(jìn)一步，排序模塊1220可基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中相互之間距離最近的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)被表征為相鄰的兩個冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。再進(jìn)一步，排序模塊1220可基于冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角來對每個非等高截面內(nèi)的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行排序，其中經(jīng)排序的一冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)和緊鄰的在前冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量與其和緊鄰的在后冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的向量之間的向量夾角小于預(yù)設(shè)的夾角閾值。

插值模塊1230可用于基于排序后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

在一較優(yōu)的實(shí)例中，插值模塊1230可對每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理以增加位于截面前緣和尾緣位置處的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度，然后再基于加密后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的上述生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

插值模塊1230可采用弧長累加法對每個非等高截面上的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理。

在一較優(yōu)的實(shí)例中，生成裝置1200還可包括過濾模塊(未示出)，以濾除位于葉輪機(jī)葉片的端區(qū)倒圓位置的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)。此時，插值模塊1230可基于濾除后的冷態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)在沿葉輪機(jī)葉片的葉高方向從葉根到葉尖的多個等高截面上進(jìn)行插值，以獲得分布于多個等高截面上的上述生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合，其中位于葉輪機(jī)葉片的端區(qū)倒圓位置的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過外插得到的。例如，端區(qū)倒圓位置的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過線性外插得到的，以及非端區(qū)倒圓位置的生成坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)是通過三次樣條內(nèi)插得到的。

由于外插的原因，端區(qū)葉型可能會有變形，因此，較優(yōu)地，生成裝置1200還可包括擬合模塊和替換模塊(未示出)。擬合模塊可用于以葉輪機(jī)葉片的熱態(tài)葉型為基葉型對端區(qū)倒圓位置處基于外插得到的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的端區(qū)葉型進(jìn)行擬合以得到端區(qū)倒圓位置的光滑葉型部分，例如可采用最小二乘法進(jìn)行擬合。替換模塊可用于用光滑葉型部分替代生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合當(dāng)中位于端區(qū)倒圓位置處的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以獲得經(jīng)優(yōu)化的生產(chǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。

根據(jù)本發(fā)明的方案，可以直接對冷熱計算后的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行處理，由程序自動進(jìn)行排序、截面擬合、端區(qū)處理后，得到葉片生產(chǎn)坐標(biāo)，該方法操作簡單、可靠。與傳統(tǒng)生產(chǎn)葉型輸出方法相比，無需提供冷熱葉型之間的變化量，無需與葉片造型進(jìn)行迭代對比，該方法節(jié)省大量人力和時間成本。

根據(jù)本發(fā)明的方案處理輸出的葉片生產(chǎn)坐標(biāo)與冷熱計算后的冷態(tài)葉型的差異小、精度高，主流通道內(nèi)葉片數(shù)據(jù)點(diǎn)精度控制在0.01mm以下，對氣動性能影響甚微，無需重新進(jìn)行氣動性能的評估計算。

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