一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法及系统

本发明涉及模型设计领域，尤其涉及一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法及系统。

背景技术：

1、翼型是风力机叶片的基本单元，在正向设计时有限定的型号及标准，对于叶片性能有决定性作用。叶片是风力机将风能转化为机械能和电能的核心部件，约占整机成本的20％～30％，且叶片的气动性能好坏对于风力机的能量转化效率有直接影响。而且目前风力机叶片也已广泛应用到了水轮机中，用以提升对于水流的能量转化效率。因此使用逆向建模对风力机或水轮机叶片进行逆向建模和再设计,对于降低叶片维护成本、提高设计与制造效率具有重要的研究意义。

2、在逆向建模阶段，以曲率提取轮廓线，根据轮廓线方向截取叶片同样受到叶片磨损或形变影响较大。在提取得到参数后，现有方法主要是通过正态分布去除偏离点或求取平均值的方法来对参数进行修正，使用该数据重建的模型更加接近扫描直接获得的模型，没有考虑叶片的正向设计流程，与正向设计的cad模型会有一定差别。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决现有逆向建模方法中没有考虑叶片的正向设计流程，进而导致重构的叶片与正向cad叶片模型不吻合的技术问题，第一方面，本发明提出一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，所述方法包括以下步骤：

2、对叶片进行扫描，提取得到叶片多面体模型；

3、对所述叶片多面体模型进行填补及坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型；

4、基于所述与处理后的多面体模型进行轮廓线截取和参数提取，并识别翼型型号；

5、基于所述翼型型号引入关键点约束，对轮廓线进行拟合，得到最终轮廓线；

6、根据最终轮廓线重建叶片模型。

7、在一些实施例中，所述对对所述叶片多面体模型进行填补及坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型这一步骤，其具体包括：

8、对所述叶片多面体模型的缺失部分进行填补，以及对填补区域进行平滑处理，得到平滑后的模型；

9、对所述平滑后的模型进行坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型。

10、通过该优选步骤，对边缘确实部分进行填补；进一步，填补完成后边缘不平滑，与实物有较大误差，因此需要对填补好的部分进行平滑处理。

11、在一些实施例中，所述对所述平滑后的模型进行坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型这一步骤，其具体包括：

12、以多面体顶面处的平面作为“x-o-z”平面，以翼型轮廓前缘的切点作为原点，以翼型弦线为x轴，垂直弦线的方向为z轴，进行坐标系对齐。

13、通过该优选步骤，实现了以模型上表面为坐标平面，以顶面轮廓的弦线方向和垂直弦线的方向为坐标轴，有利于后续对轮廓的参数进行提取。该对齐的操作以翼型几何特征为依据，针对每一个翼型轮廓单独建立坐标系，不需要依靠榫头和叶片的组件进行对齐，能够减小因叶片产生形变而导致的误差，有利于参数提取操作过程，并可提高逆向建模的效率。

14、在一些实施例中，所述基于所述与处理后的多面体模型进行轮廓线截取和参数提取，并识别翼型型号这一步骤，其具体包括：

15、基于所述与处理后的多面体模型，设置截面位置，获得对应位置的轮廓线；

16、根据所述轮廓线的几何特征进行参数提取，得到翼型型号。

17、其中，所述参数包括叶片相对厚度、相对弯度及最大弯度相对位置。

18、通过该优选步骤，根据轮廓线几何特征进行参数提取，测量出叶片相对厚度、相对弯度及最大弯度相对位置等参数，从而推导出叶片截面轮廓线的翼型型号。

19、在一些实施例中，所述基于所述翼型型号引入关键点约束，对轮廓线进行拟合，得到最终轮廓线这一步骤，其具体包括：

20、基于所述翼型型号获取对应的翼型曲线表达式；

21、根据所述翼型曲线表达式计算轮廓线经过的关键点，并以所述关键点的位置为约束，拟合得到编辑后的叶片截面轮廓线。

22、其中，所述翼型型号包括对称型号和非对称型号。

23、通过该优选步骤，可以拟合得到翼型轮廓线。以此类推，对于其他截面可通过以上操作获得其翼型型号，从而得到一系列不同位置的翼型轮廓线。确定翼型型号后，以该型号的曲线表达式，计算出轮廓上关键点的位置，通过设置位置约束重建出符合翼型标准的轮廓线。该操作无需预设翼型参数样本库，且能在一定程度上减小扫描实体时产生的误差，也可提高建模精度和建模效率。

24、第二方面，本发明还提出了一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模系统，所述系统包括：

25、扫描模块，用于对叶片进行扫描，提取得到叶片多面体模型；

26、预处理模块，用于对所述叶片多面体模型进行填补及坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型；

27、识别模块，基于所述与处理后的多面体模型进行轮廓线截取和参数提取，并识别翼型型号；

28、拟合模块，基于所述翼型型号引入关键点约束，对轮廓线进行拟合，得到最终轮廓线；

29、逆向重建模块，用于根据最终轮廓线重建叶片模型。

30、基于上述方案，本发明提供了一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法及系统，将风力机或水轮机叶片正向设计意图结合到了逆向建模中。通过对截面轮廓线的参数提取来识别出其翼型型号，可以获得与正向设计意图更加吻合的三维模型，有利于对叶片的性能分析及再设计。

技术特征：

1.一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，所述对所述叶片多面体模型进行填补及坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型这一步骤，其具体包括：

3.根据权利要求1所述一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，所述对所述平滑后的模型进行坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型这一步骤，其具体包括：

4.根据权利要求1所述一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，所述基于所述与处理后的多面体模型进行轮廓线截取和参数提取，并识别翼型型号这一步骤，其具体包括：

5.根据权利要求4所述一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，所述参数包括叶片相对厚度、相对弯度及最大弯度相对位置。

6.根据权利要求1所述一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，所述基于所述翼型型号引入关键点约束，对轮廓线进行拟合，得到最终轮廓线这一步骤，其具体包括：

7.根据权利要求6所述一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法，其特征在于，所述翼型型号包括对称型号和非对称型号。

8.一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于翼型参数提取的叶片逆向建模方法及系统，该方法包括：对叶片进行扫描，提取得到叶片多面体模型；对所述叶片多面体模型进行填补及坐标系对齐，得到预处理后的多面体模型；基于所述与处理后的多面体模型进行轮廓线截取和参数提取，并识别翼型型号；基于所述翼型型号引入关键点约束，对轮廓线进行拟合，得到最终轮廓线；根据最终轮廓线重建叶片模型。该系统包括：扫描模块、预处理模块、识别模块、拟合模块和逆向重建模块。通过使用本发明，能够使得逆向建模得到的模型吻合正向CAD叶片模型。本发明可广泛应用于模型设计领域。

技术研发人员：成思源,蔡家铱,何金瀚,杨雪荣
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11