叶轮轴面投影图控制变量的确定与参数化控制

本书所研究液力透平的初始轴面投影图是采用双圆弧法绘制的，即前盖板流线由一段直线与两段圆弧构成，后盖板流线由一段直线与一段圆弧构成，如图10⁃2a所示。从图10⁃2a中可以看出，在叶轮进口直径D₂、进口宽度b₂和出口直径D₁确定的情况下，轴面投影图上可变的控制参数有前盖板直线段与水平方向的夹角（前盖板倾角）α₁、后盖板直线段与水平方向的夹角（后盖板倾角）α₂、前盖板流线上的两段圆弧半径R₁和R₂以及后盖板流线上的圆弧半径R₃。本节以α₁、α₂、R₁、R₂和R₃这5个参数为设计变量，采用第4章建立的优化系统对液力透平的叶轮轴面投影图进行优化设计。

图10⁃2 叶轮轴面投影示意图

采用第9章建立的优化系统对液力透平叶轮轴面投影图进行优化时，需要借助三维建模软件Pro/E自动建立大量试验样本模型。自动建模的关键是利用Pro/E中的“关系（也称之为参数关系）”功能[66]，“关系”是用户定义的符号尺寸和参数之间的等式，图10⁃2b给出了液力透平叶轮轴面投影图的符号尺寸。“关系”可以被用于驱动模型，如果更改关系，则模型也随之改变。正是由于“关系”的这个特点，当需要建立大量试验样本模型时，只需在输入文件中更改设计变量α₁、α₂、R₁、R₂和R₃的值，Pro/E会根据最新的参数“关系”自动更新模型，从而实现模型的自动建立。该液力透平叶轮轴面投影图的初始参数关系为

sd40=94.00；

sd60=90.00；

sd43=71.00；

sd49=21.00；(www.xing528.com)

sd13=53.00.

从图10⁃2a、b中可以看到符号尺寸与参数之间的对应关系，即α₁为sd40、α₂为sd60、R₁为sd43、R₂为sd49、R₃为sd13。

建立模型的具体过程为：

1）确定设计变量及设计变量的范围，采用试验设计方法生成训练GA⁃BP神经网络的试验样本，每个试验样本对应着不同的液力透平叶轮轴面投影图，即对应着不同的液力透平模型，根据Pro/E中“关系”的格式要求，对每个试验样本加以简单处理，使其符合“关系”的表达格式要求。

2）试验样本处理完成后即可在Pro/E中开始实施建模，第一步是先导入初始液力透平的叶轮模型，在初始模型的基础上“编辑定义”叶轮的轴面投影图，第二步是导入其中一个试验样本（工具→关系→文件→导入关系），导入完成后，Pro/E会根据最新的参数“关系”自动更新轴面投影图，单击“确定”即可生成新的叶轮模型，保存并拭除当前窗口，此即为一个样本模型的建立过程。该过程的具体操作过程均包含在本次的trail文件中。建立其他大量模型的过程以此类推，只需逐个更改待导入试验样本的不同的“关系”名称，并将所有的操作过程制作成一个输入文件，导入到Pro/E后即可依次自动地生成所有试验样本的叶轮模型。

3）通过一个简单的模型装配文件，实现所有模型的自动装配并导出待划分网格的几何文件（iges文件或step文件）。