CN103116679A - 航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法,用于解决现有技术加工椭圆形前后缘叶片难以建立工艺模型的技术问题。技术方案是首先通过建立仿射坐标系,利用圆与椭圆的仿射关系,建立椭圆形前后缘叶片工艺模型。工程应用中用户只需根据实际需求,设定工艺误差,即可快速得到准确的椭圆形前后缘叶片工艺模型,从而指导航空叶片的高质量加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空叶片前后缘工艺模型生成方法,特别是涉及一种航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法。
背景技术
航空发动机内部基本由一系列叶片组成,如涡轮叶片、压气机叶片、风扇叶片等;航空叶片作为发动机的核心零件,其模型多为自由曲面,成型工艺较为复杂;与此同时,叶片型面的设计和制造水平在很大程度上决定了发动机的性能。
薄壁叶片作为典型的薄壁结构零件,加工时易产生较大的变形;此外,由于工件、刀具、夹具和机床组成的工艺系统本身的问题,在叶片加工时极易产生过切或加工不到的现象;如果直接根据CAD模型进行薄壁叶片的数控加工,容易导致质量问题;因此,在叶片进行加工之前,需要考虑叶片叶身部位叶盆、叶背、前缘及后缘区域的余量分布情况,建立叶片的数控加工工艺模型。随着叶片研究的深入,众多实验和数值分析结果显示,采用椭圆形前缘可以明显改善叶片的气动性能,而薄壁叶片椭圆形前后缘的精确加工具有较大难度。现有技术对叶片加工质量的改善是基于反变形的思想对叶片成型过程中的误差进行反变形补偿;对叶片工艺模型的研究多是基于叶片熔模精铸成型方法建立铸造工艺模型。针对航空发动机薄壁叶片的数控加工,在叶片CAD模型的基础上,建立叶片椭圆形前后缘工艺模型势在必行。
发明内容
为了克服现有技术加工椭圆形前后缘叶片难以建立工艺模型的不足,本发明提供一种航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法。该方法通过建立仿射坐标系,利用圆与椭圆的仿射关系,建立椭圆形前后缘叶片工艺模型。工程应用中用户只需根据实际需求,设定工艺误差,即可快速得到准确的椭圆形前后缘叶片工艺模型,从而指导航空叶片的高质量加工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一、读入航空叶片CAD模型;
步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面,前缘椭圆弧L与叶盆、叶背切点分别记为T0、T1,求作T0、T1处切线及其交点O(Ox,Oy);且记椭圆形前缘曲线L上的前缘点为PL,椭圆短轴半径为rb;
步骤三、设定工艺误差为δ,将前缘曲线L沿T0O方向平移δ,得到对应点P0(x0,y0)及T1在T1O上的最近点P1(x1,y1);
步骤四、利用点P0′(x0′,y0′)及O(Ox,Oy)建立仿射坐标系O-x′y′,P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)分别为P0(x0,y0)、P1(x1,y1)在仿射坐标系中象,二者所在曲线为圆弧;
步骤五、求P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)的坐标:在仿射坐标系中x0′=d=|P0′O|,y0′=0;设仿射坐标系中P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)所在圆O1′半径为r1=0.1rb;由P0′(d,0)知圆O1′的圆心O1′(xO1′,yO1′)即为O1′(d,r1),由得 求得P1′的坐标为
步骤六、利用圆与椭圆的仿射关系,设笛氏直角坐标系中椭圆O1经变换 得到仿射坐标系O-x′y′中的圆O1′,则 即 求得 即求出变换
仿射坐标系中圆上的点(x′,y′)满足圆方程(x′-d)2+(y′-r)2=r2,将 代入整理得到原坐标系中椭圆的二次多项式方程,
步骤七、设定r的变化区间为[0.1rb,10rb],利用二分法在此区间上搜索最佳半径roptimal,使该半径的圆对应的椭圆上前缘点与初始椭圆弧上前缘点PL在T0O上的投影距离δi满足|δi-δ|≤ε;具体方法如下:
椭圆形前缘曲线T0T1L上的前缘点为PL在T0O上的投影为PL′;半径为ri的圆对应的椭圆的前缘点PLi在P0O上的投影为PLi′,投影距离δi=|PLi′PL′|;用δi=f(ri)表示二者的函数关系,二分法搜索的具体步骤如下:
步骤1、令r1=0.1rb,r2=10rb;
步骤3、令i=i+1,返回执行步骤2,直至|δi-δ|≤ε,即得到满足设定工艺误差要求的椭圆。
步骤八、由图形的仿射性质,上述椭圆与T0O、T1O分别相切于P0(x0,y0)及P1(x1,y1),记椭圆弧P0P1的前缘点为PLopt,光滑连结T0P0、T1P1,得到曲线段T0PLoptT1即为航空叶片椭圆形前后缘工艺模型。
本发明的有益效果是:由于通过建立仿射坐标系,利用圆与椭圆的仿射关系,建立椭圆形前后缘叶片工艺模型。工程应用中用户只需根据实际需求,设定工艺误差,即可快速得到准确的椭圆形前后缘叶片工艺模型,从而指导航空叶片的高质量加工。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明方法实施例中平移及建立仿射坐标系的示意图。
图2是本发明方法实施例中圆到椭圆的仿射变换示意图。
图3是本发明方法实施例中生成的工艺模型示意图。
图4是本发明方法生成的航空叶片椭圆形前后缘工艺模型示意图。
图5是本发明航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法的流程图。
具体实施方式
参照图1~5。本发明航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法具体步骤如下:
步骤一、读入航空叶片CAD模型;
步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面,前缘椭圆弧L与叶盆、叶背切点分别记为T0、T1,求作T0、T1处切线及其交点O(Ox,Oy);且记椭圆形前缘曲线L上的前缘点为PL,椭圆短轴半径为rb;
步骤三、设定工艺误差为δ,将前缘曲线L沿T0O方向平移δ,得到对应点P0(x0,y0)及T1在T1O上的最近点P1(x1,y1);
步骤四、利用点P0′(x0′,y0′)及O(Ox,Oy)建立仿射坐标系O-x′y′,P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)分别为P0(x0,y0)、P1(x1,y1)在仿射坐标系中象,二者所在曲线为圆弧;
步骤五、求P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)的坐标:在仿射坐标系中x0′=d=|P0′O|,y0′=0;设仿射坐标系中P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)所在圆O1′半径为r1=0.1rb;由P0′(d,0)知圆O1′的圆心O1′(xO1′,yO1′)即为O1′(d,r1),由得 求得P1′的坐标为
步骤六、利用圆与椭圆的仿射关系,设笛氏直角坐标系中椭圆O1经变换 得到仿射坐标系O-x′y′中的圆O1′,则 即 求得 即求出变换
仿射坐标系中圆上的点(x′,y′)满足圆方程(x′-d)2+(y′-r)2=r2,将 代入整理得到原坐标系中椭圆的二次多项式方程,
步骤七、设定r的变化区间为[0.1rb,10rb],利用二分法在此区间上搜索最佳半径roptimal,使该半径的圆对应的椭圆上前缘点与初始椭圆弧上前缘点PL在T0O上的投影距离δi满足|δi-δ|≤ε;具体方法如下:
椭圆形前缘曲线T0T1L上的前缘点为PL在T0O上的投影为PL′;半径为ri的圆对应的椭圆的前缘点PLi在P0O上的投影为PLi′,投影距离δi=|PLi′PL′|;用δi=f(ri)表示二者的函数关系,二分法搜索的具体步骤如下:
步骤1、令r1=0.1rb,r2=10rb;
步骤3、令i=i+1,返回执行步骤2,直至|δi-δ|≤ε,即得到满足设定工艺误差要求的椭圆。
步骤八、由图形的仿射性质,上述椭圆与T0O、T1O分别相切于P0(x0,y0)及P1(x1,y1),记椭圆弧P0P1的前缘点为PLopt,光滑连结T0P0、T1P1,得到曲线段T0PLoptT1即为航空叶片椭圆形前后缘工艺模型。
应用实施例:
结合附图和实施例对本发明椭圆形前后缘工艺模型生成方法的进行详细说明,具体步骤如下:
步骤一、读入叶片CAD模型;
步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面,前缘椭圆弧L与叶盆、叶背切点分别记为T0、T1,求作T0、T1处切线及其交点O(Ox,Oy);且记椭圆形前缘曲线L上的前缘点为PL,椭圆短轴半径为rb;
步骤三、设定工艺误差为δ=0.15mm,将前缘曲线L沿T0O方向平移0.15mm,得到对应点P0(x0,y0)及T1在T1O上的最近点P1(x1,y1);
步骤四、利用点P0′(x0′,y0′)及O(Ox,Oy)建立仿射坐标系O-x′y′,P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)分别为P0(x0,y0)、P1(x1,y1)在仿射坐标系中象,二者所在曲线为圆弧;
步骤五、求P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)的坐标:在仿射坐标系中x0′=d=|P0′O|,y0′=0;设仿射坐标系中P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)所在圆O1′半径为r1=0.1rb;由P0′(d,0)知圆O1′的圆心O1′(xO1′,yO1′)即为O1′(d,r1),由得 即
求得 即P1′的坐标为
步骤六、利用圆与椭圆的仿射关系,设笛氏直角坐标系中椭圆O1经变换 得到仿射坐标系O-x′y′中的圆O1′,则 即
由 即求出变换
仿射坐标系中圆上的点(x′,y′)满足圆方程(x′-d)2+(y′-r)2=r2,将 代入整理得到原坐标系中椭圆的二次多项式方程,
步骤七、设定r的变化区间为[0.1rb,10rb],利用二分法在此区间上搜索最佳半径roptimal,使该半径的圆对应的椭圆上前缘点与初始椭圆弧上前缘点PL在T0O上的投影距离δi满足|δi-δ|≤0.003;
二分法搜索的具体步骤如下:
椭圆形前缘曲线L上的前缘点为PL在T0O上的投影为PL′;半径为ri的圆对应的椭圆的前缘点PLi在P0O上的投影为PLi′,投影距离δi=|PLi′PL′|;用δi=f(ri)表示二者的函数关系;
步骤1、令r1=0.1rb,r2=10rb;
步骤3、令i=i+1,返回执行步骤2,直至|δi-δ|≤0.003,即得到满足设定工艺误差要求的椭圆。
步骤八、由图形的仿射性质,上述椭圆与T0O、T1O分别相切于P0(x0,y0)及P1(x1,y1),记椭圆弧P0P1的前缘点为PLopt,光滑连结T0P0、T1P1,得到曲线段T0PLoptT1即为航空叶片椭圆形前后缘工艺模型。
综上所述,本发明方法在工程应用中,通过导入CAD模型及工艺误差,即可生成航空叶片的加工工艺模型,进而指导叶片的加工,从而有效解决叶片加工过程中前后缘处出现的过切问题,保证叶片加工质量。
Claims (1)
1.一种航空叶片椭圆形前后缘工艺模型生成方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、读入航空叶片CAD模型;
步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面,前缘椭圆弧L与叶盆、叶背切点分别记为T0、T1,求作T0、T1处切线及其交点O(Ox,Oy);且记椭圆形前缘曲线L上的前缘点为PL,椭圆短轴半径为rb;
步骤三、设定工艺误差为δ,将前缘曲线L沿T0O方向平移δ,得到对应点P0(x0,y0)及T1在T1O上的最近点P1(x1,y1);
步骤四、利用点P0′(x0′,y0′)及O(Ox,Oy)建立仿射坐标系O-x′y′,P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)分别为P0(x0,y0)、P1(x1,y1)在仿射坐标系中象,二者所在曲线为圆弧;
步骤五、求P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)的坐标:在仿射坐标系中x0′=d=|P0′O|,y0′=0;设仿射坐标系中P0′(x0′,y0′)、P1′(x1′,y1′)所在圆O1′半径为r1=0.1rb;由P0′(d,0)知圆O1′的圆心O1′(xO1′,yO1′)即为O1′(d,r1),由得 求得P1′的坐标为
步骤六、利用圆与椭圆的仿射关系,设笛氏直角坐标系中椭圆O1经变换 得到仿射坐标系O-x′y′中的圆O1′,则 即 求得 即求出变换
仿射坐标系中圆上的点(x′,y′)满足圆方程(x′-d)2+(y′-r)2=r2,将 代入整理得到原坐标系中椭圆的二次多项式方程,
步骤七、设定r的变化区间为[0.1rb,10rb],利用二分法在此区间上搜索最佳半径roptimal,使该半径的圆对应的椭圆上前缘点与初始椭圆弧上前缘点PL在T0O上的投影距离δi满足|δi-δ|≤ε;具体方法如下:
椭圆形前缘曲线T0T1L上的前缘点为PL在T0O上的投影为PL′;半径为ri的圆对应的椭圆的前缘点PLi在P0O上的投影为PLi′,投影距离δi=|PLi′PL′|;用δi=f(ri)表示二者的函数关系,二分法搜索的具体步骤如下:
步骤1、令r1=0.1rb,r2=10rb;
步骤3、令i=i+1,返回执行步骤2,直至|δi-δ|≤ε,即得到满足设定工艺误差要求的椭圆;
步骤八、由图形的仿射性质,上述椭圆与T0O、T1O分别相切于P0(x0,y0)及P1(x1,y1),记椭圆弧P0P1的前缘点为PLopt,光滑连结T0P0、T1P1,得到曲线段T0PLoptT1即为航空叶片椭圆形前后缘工艺模型。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103473391A (zh) * | 2013-08-14 | 2013-12-25 | 西北工业大学 | 压气机实验叶片模具型腔逆向调整方法 |
CN107288690A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-10-24 | 厦门大学 | 一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法 |
CN108386313A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-08-10 | 西北工业大学 | 一种风力机钝后缘椭圆翼型的设计方法 |
CN109693007A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-30 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种整体叶盘电解初成型加工轨迹参数的设计优化方法 |
CN110110414A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-09 | 西北工业大学 | 薄壁叶片加工误差补偿几何建模方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1742160A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-10 | Ansaldo Energia S.P.A. | Method for optimization of blade profiles |
CN102222149A (zh) * | 2011-07-04 | 2011-10-19 | 南京航空航天大学 | 基于数模重构的整体涡轮叶片加工误差补偿方法 |
CN102323962A (zh) * | 2011-05-20 | 2012-01-18 | 西北工业大学 | 航空发动机叶片型面流道线测量路径规划方法 |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1742160A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-10 | Ansaldo Energia S.P.A. | Method for optimization of blade profiles |
CN102323962A (zh) * | 2011-05-20 | 2012-01-18 | 西北工业大学 | 航空发动机叶片型面流道线测量路径规划方法 |
CN102222149A (zh) * | 2011-07-04 | 2011-10-19 | 南京航空航天大学 | 基于数模重构的整体涡轮叶片加工误差补偿方法 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103473391A (zh) * | 2013-08-14 | 2013-12-25 | 西北工业大学 | 压气机实验叶片模具型腔逆向调整方法 |
CN103473391B (zh) * | 2013-08-14 | 2016-04-20 | 西北工业大学 | 压气机实验叶片模具型腔逆向调整方法 |
CN107288690A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-10-24 | 厦门大学 | 一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法 |
CN107288690B (zh) * | 2017-07-07 | 2019-02-05 | 厦门大学 | 一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法 |
CN108386313A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-08-10 | 西北工业大学 | 一种风力机钝后缘椭圆翼型的设计方法 |
CN109693007A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-30 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种整体叶盘电解初成型加工轨迹参数的设计优化方法 |
CN109693007B (zh) * | 2018-12-17 | 2020-03-24 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种整体叶盘电解初成型加工轨迹参数的设计优化方法 |
CN110110414A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-09 | 西北工业大学 | 薄壁叶片加工误差补偿几何建模方法 |
CN110110414B (zh) * | 2019-04-26 | 2022-08-16 | 西北工业大学 | 薄壁叶片加工误差补偿几何建模方法 |
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