(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111567247.8 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 向康深　陈伟杰　连健欣　陶孟尧　 乔渭阳　 (74)专利代理 机构 西北工业大 学专利中心 61204 代理人 云燕春 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) F01D 5/14(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计 方法 (57)摘要 本发明一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片 及设计方法， 属于叶轮机械噪声控制领域； 叶片 由具有不同弦长的叶片型线沿展向堆叠形成， 构 成的叶片尾缘为锯齿结构。 首先基于基准叶片的 压力面坐标数据、 吸力面坐标数据和中弧线坐标 数据求解压力面/吸力面厚度、 压力面/吸力面斜 率、 中弧线上相邻两点之间的距离； 然后确定锯 齿的波谷位置和波峰位置， 通过锯齿尾缘叶片中 弧线相邻点之间的距 离dnew和多项式函数F(x,y, z)求解锯齿尾缘叶型中弧线的坐标数据， 然后求 出变换后的叶型的压力面坐标和吸力面坐标； 最 后得到单个锯齿尾缘叶型的坐标数据， 将各个展 向叶型在展向堆叠即得到整个全三维锯齿尾缘 叶片的坐标数据。 本发明能够有效提升降噪效 果。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114417520 A 2022.04.29 CN 114417520 A 1.一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片， 其特征在于： 所述叶片由具有不同弦长的叶片 型线沿展向堆叠形成， 构成的叶片尾缘为锯齿结构， 保证各个展向位置的锯齿尾缘叶片的 平均弦长和基准叶片的弦长一 致。 2.一种权利要求1所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法， 其特征在于具体步 骤如下： 步骤一： 基于基准叶片， 通过选定m个展向位置的叶型坐标数据得到压力面坐标数据和 吸力面坐标数据， 进而得到中 弧线坐标 数据； 步骤二： 基于步骤一获得的叶型压力面坐标数据、 吸力面坐标数据和中弧线坐标数据， 在所有压力面、 吸力面和中 弧线上分别取M个坐标点； 步骤三： 求解压力面/吸力面上每个点坐标与对应位置的中弧线上的点坐标之间的距 离， 即压力面/吸力面厚度D， 公式如下： 其中， j表示第j个坐标点， j＝1为尾缘点； pi,j表示压力面/吸力面第j个坐标在笛卡尔 坐标系中各个方向的分量； qi,j表示中弧线第j 个坐标在笛卡尔坐标系中各个方向的分量； i 表示空间坐标x， y， z三个方向； 步骤四： 求解压力面/吸力面上每个点坐标与对应位置的中弧线上的点坐标之间的斜 率， 即压力面/吸力面 斜率K， 公式如下： 其中， j表示第j个坐标点； j＝1为尾缘点； px,j和py,j分别表示压力面/吸力面第j个坐标 在x方向和y方向的大小； qx,j和qy,j分别表示中 弧线上第j个坐标在x方向和y方向的大小； 步骤五： 求 解中弧线上相邻两点之间的距离d， 公式如下： 步骤六： 根据步骤一中的叶型数据确定差值系数t， 得到更多叶型数据， 插值系数定义 如下： 其中， Span表示叶型 所在展向高度； Rii表示第ii个初始叶型的展向高度； 步骤七： 确定锯齿的波谷位置和波峰位置； 首先， 将叶型上中弧线的点坐标拟合为多项式函数F(x,y,z)； 然后， 设定锯齿幅值A， 以 中弧线第一个点坐标即尾缘点坐标为圆心， A为半径确定一个圆； 最后， 求解该圆与多项式 函数F(x,y,z)的交点， 当交点本身位于初始中弧线上时， 为锯齿的波谷位置， 另一个交点为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114417520 A 2波峰位置； 步骤八： 基于步骤七得到的锯齿波谷和波峰位置， 通过锯齿尾缘叶片中弧线相邻点之 间的距离dnew和多项式函数 F(x,y,z)求 解锯齿尾缘叶型中 弧线的坐标 数据； 步骤九： 根据步骤八得到的锯齿尾缘叶型中弧线的坐标数据， 及压力面/吸力面厚度和 压力面/吸力面 斜率， 求出变换后的叶型的压力面 坐标和吸力面 坐标； 步骤十： 将步骤九得到的压力面坐标和吸力面坐标组合， 即得到单个锯齿尾缘叶型的 坐标数据， 将各个展向叶型在展向堆叠即得到整个全三维锯齿尾缘叶片的坐标 数据。 3.根据权利要求2所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤一中， 根据实际叶片几何需要， 选择m个不同展向位置的叶型坐标数据， 并将其分为压力 面坐标数据和吸力面坐标数据； 基于压力面/吸力面坐标数据， 得到各个叶型的中弧线坐 标， 然后对该中 弧线坐标定义 求解， 得到中 弧线坐标 数据。 4.根据权利要求2所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤二中， 基于步骤一的坐标数据， 通过ICEM  CFD工具重新生 成不同展向位置的压力面、 吸力 面和中弧线数据， 并以尾缘 ‑前缘方向保存数据。 5.根据权利要求2所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤八中， 锯齿尾缘叶片和基准叶片的d的取值满足以下关系式： 其中， dnew表示锯齿尾缘叶片各个叶型的中弧线相邻点的距离； dold表示基准叶片各个 叶型的中弧线相 邻点的距离； C(r)表示锯齿尾缘叶片各个叶型的中弧线长度； C表 示基准叶 片各个叶型的中 弧线长度； 不同展向位置的叶型中 弧线长度满足以下关系式： 或 6.根据权利要求5所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤八中， 7.根据权利要求2所述叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤九中， 锯齿尾缘叶片和基准叶片的压力面/吸力面厚度、 及压力面/吸力面 斜率保持一 致。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114417520 A 3