基於CFturbo現有3D幾何參數化逆向工程技術方案
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此外，CFturbo具備的參數化設計功能不但支持用戶進行初始參數化設計得到新的三維模型，同時支持用戶導入外部參數化模型或已有幾何模型，在此基礎上進行設計改進與性能優化。
目前，CFturbo雖然還不能自動實現3D造型的導入識別並參數化，但是軟件良好的開放性可以支持用戶利用一些其他的方法來實現。那么CFturbo在支持逆向復現方面有哪些功能支撐呢？主要有以下幾點：
l 3D模型支持外部導入
l 子午面設計支持外部曲線導入，並利用貝塞爾曲線實現參數化
l 葉片進出口角支持自定義變化，以此實現與已有設計方案的一致性
l 支持外部導入骨線，對於離心式，可以支持導入厚度分布曲線
l 通過保角變換，實現旋轉機械葉片的參數化復現
l 通過外部導入葉片翼型，也可實現軸流葉片的參數化復現
02軸流風機葉輪復現案例
本案例以軸流風機葉輪為例，說明利用CFturbo對已有軸流風機葉輪幾何的3D參數化復現說明。本次復現采用保角變換，導入外部骨線方法，實現軸流風機葉輪逆向參數化。
2.1設計參數輸入
設計點參數與流體介質假定。
在逆向復現給定的葉輪幾何時，考慮到經驗相關性需要確定以下參數，部分參數不確定時，可以給一個大概的估算值:
l 流體屬性
l 設計點的流量、升壓、轉速
l 旋轉方向
l 進口邊界條件
l 考慮定子與蝸殼部件附加損失的效率
圖2 設計點參數輸入
2.2葉輪主要幾何參數設置
葉輪主要尺寸包括：
進口輪轂直徑dH1，吸入直徑dS1，出口輪轂直徑dH2，出口直徑dS2，此處尺寸需要從已知幾何模型中直接提取並輸入。
除了上述參數外，還需要從原始幾何圖形中提取葉頂間隙尺寸。
此處需要勾選Manual dimensioning，即不采用軟件默認的推薦值，而是手動輸入幾何參數。
選擇設計模式為Mean line，即通過骨線設計。
圖3 主要幾何參數輸入
2.3葉輪子午面設計
2.3.1 外部幾何導入
葉輪復現過程中，可以在3D視圖中隨時查看幾何形狀的變化，因此可以導入已有外部幾何進行可視化比較。
在3D視圖下通過拖拽即可直接導入x_t,IGES,STEP,STL等格式外部幾何文件。對於直接導入的外部模型可進行旋轉、移動、縮放等，此外可更改模型顯示的透明度以便進行可視化比較。
圖4 外部幾何導入
2.3.2 子午面型線設計
CFturbo中子午面的型線數據基於軸向坐標z和半徑r，因此可以在原始外部幾何中提取出輪轂、上蓋板、葉片前緣以及葉片尾緣的相應數據。提取完成后轉化為z-r坐標並以.txt格式保存。通過load extra polyline導入型線數據，並調整Bezier曲線控制點進行擬合即可生成子午面型線。
圖5 子午面型線導入
2.4葉型設計
2.4.1 葉片幾何尺寸提取
本次設計采用mean line即葉片骨線設計，因此需要提取相關變量參數。主要包括半徑r、軸向長度z、子午m和切向t坐標、葉片角β分布等。已知骨線的x,y,z坐標通過保角變換和相關幾何信息的提取，即可推導出不同流面位置，上述r、z、m、t、β等相關變量。坐標轉換關系說明如下：
m-t骨線坐標通過坐標變換將空間彎曲的子午面映射至平面。t是沿圓周方向的角度，而m是無量綱的子午長度。這兩個量是通過參考子午方向(M)和切向方向(T)的絕對距離得到的，公式如下：
dm=dM/r
dt=dT/r
tanβ=dm/dt
圖6 m-t坐標示意圖
在CAD軟件中找到各流面的骨線幾何特征，將每個截面骨線的x,y,z坐標提取出來，並通過上述關系式計算m-t坐標以及r、β值。下圖為通過Excel表格計算的結果示意。
圖7 骨線坐標轉化示意
2.4.2 葉片角設計
該部分需要輸入模型實際葉片數以及輪轂至輪緣所划分的截面數目（number of spans），如本次案例選擇截面數目為10。為了更好地擬合原始葉輪，選擇葉片形狀為Free-form3D，提取輪轂與輪緣的葉片厚度並輸入至Blade thinkness表格。
不同截面處葉片角分布可從上述2.4.1的骨線數據中計算得出，也可直接從原始模型中提取並輸入。
圖8 葉片角設計
2.4.3 骨線設計
在骨線設計部分，包角可以不直接輸入，導入不同流面的m-t數據后即可自動生成包角值。提取出骨線笛爾坐標值后可通過2.4.1節公式進行坐標轉化，完成后保存為.txt格式數據，包括t、m坐標值。此處需要通過polyline導入.至meanline界面。導入后可將polyline格式改為Bezier曲線，拖動控制點可進行后續改型優化等。
圖9 葉片骨線設計
2.4.4 葉片厚度設計
如果葉片厚度分布為常數，則在2.4.2部分直接輸入厚度值即可；若葉片厚度成一定曲率變化，可在CFturbo中調整控制參數與原始葉輪擬合，也可導入l-s變化數據。
設置Design mode 為Freeform。Additional view下打開3D-preview，通過Global Control point count添加控制點，拖動hub與shroud的控制點與導入模型擬合。
調整Thickness exponent數值，進行hub至shroud厚度變化規律的設計，參考3D-preview中原始模型進行調整至擬合，取值范圍為-1~1。
圖10 葉片骨線設計
2.4.5 葉片頭部、尾部磨圓
在Blade edge界面下選擇設計模式Bezier，拖動葉片頭部、尾部曲線控制點與原始模型擬合。至此，復現模型完成，圖11為復現模型與原始模型對比。其中灰色為原始葉輪，深藍色為CFturbo復現模型。
圖11 模型復現對比
至此，軸流風機葉輪參數化復現完成，返回Main Dimensions界面並取消勾選Manual dimensioning，即可進行軸流風機葉輪后續參數化改型與優化工作。
03小結
使用CFturbo進行葉輪機械復現是較為簡便的，獲得相應的二維數據后可以直接加載到不同設計步驟中。
每一個設計布驟與過程可實時預覽三維模型並與原始模型進行可視化對比。
該葉輪逆向復現方法適用於離心、混流、軸流式葉輪。
除葉輪部分外，CFturbo也可實現定子以及蝸殼部分的逆向復現。