CN110781573A

CN110781573A - 一种航空发动机转子叶片逆向设计方法

Info

Publication number: CN110781573A
Application number: CN201910746406.7A
Authority: CN
Inventors: 廖文兵; 冀国锋; 吴秀宽; 林森; 班永丽; 孙瑛聪; 李俊励; 熊珊; 杨加寿; 于佳; 莫鹏; 林垲; 梁湘华; 高祥; 王勇; 石云飞; 李升东; 李旭; 尹先桃; 张俊
Original assignee: Study On Guiyang Engine Design China Hangfa
Current assignee: Study On Guiyang Engine Design China Hangfa
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-08-13
Also published as: CN110781573B

Abstract

本发明公开了一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，包括以下步骤：首先，通过测量榫头工作面上的数据确定叶片中心坐标系；然后，测量坐标系下叶片的叶尖到叶根的多个截面数据；最后，在叶片中心坐标系下拟合叶型数据，处理得到最终叶型；本发明的航空发动机转子叶片逆向设计方法利用精确度更高、处理难度更大的叶片榫头工作面作为叶片中心坐标系的定位面，解决了叶片中心坐标系定位不准确的问题，同时，本发明的叶型数据拟合处理方法只需经过一次拟合得到最终叶型，降低了二次拟合带来的误差。

Description

一种航空发动机转子叶片逆向设计方法

技术领域

本发明属于转子叶片叶型测绘数据处理技术，具体涉及一种航空发动机转子叶片叶型测绘数据处理方法，特别涉及一种航空发动机转子叶片逆向设计方法。

背景技术

叶片逆向设计方法，是利用叶片测绘技术获取发动机转子叶片数据，最终进行反向设计的一种方法。我国早期为了仿制国外先进发动机叶片，通过该类技术获得国外先进发动机叶片的各类参数，快速实现国外先进航空发动机转子叶片的国产化。

现有的测绘技术，比较常用的叶片中心坐标系定位方式是通过测量叶片榫头前后端面来确定叶片中心，该方法操作方便，但由于榫头前后端面的精度不够导致用该方法定位的叶片中心准确度不够；另外，当前叶片测绘中比较常用的测绘数据处理方法是对各个叶片在同一高度截面的测绘数据单独处理，即对单个叶片测绘数据经过拟合得到每个叶片的测绘叶型，然后将上述得到的叶型进行融合得到一个叶型作为该高度截面的最终测绘叶型。该方法的缺点是需要经过2次拟合才能得到某一高度截面的叶型，这两次拟合过程中容易产生误差累计，导致最终叶型与样件叶型偏离较大。因此，当前的叶片测绘方法无法满足现在国外先进的航空发动机转子叶片具有更复杂的气动外形对测绘精度的要求。

发明内容

发明目的：为解决上述问题。本发明提供了一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，利用叶片榫头工作面作为叶片中心坐标系的定位面，并且只经过一次拟合得到最终叶型。

技术方案：本发明的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，包括以下步骤：首先，通过测量榫头工作面上的数据确定叶片中心坐标系；然后，测量坐标系下叶片的叶尖到叶根的多个截面(优选为10个截面)数据(优选三坐标测量)；最后，在叶片中心坐标系下拟合叶型数据，处理得到最终叶型。

进一步的，叶片中心坐标系确定方法如下：步骤一，在两个榫头工作面上各测量2组数据；步骤二，每组数据拟合为1条榫头轮廓线，在4条榫头轮廓线各取多个点(点数根据榫头大小人为决定，优选900)，然后分别用这些点在两个扫描平面上组成2对轮廓曲线，生成2对轮廓曲线的2条最短距离直线；步骤三，分别在2条最短距离直线上任取3个点(距离较远的3个点)，用这3个点生成第一基准面；步骤四，取2条最短距离直线的2个中点和任意一个2条最短距离直线上的点(距离较远的另1个点)生成第二基准面，即底面平行面；步骤五，测量第一基准面和第二基准面的夹角，小于一定角度(优选为0.2度)则进入下一步，否则从步骤一开始；步骤六，以2条最短距离直线的2个中点和第二基准面的法线生成第三基准面，即榫头中心面(说明：两条平行线中任意2条连线的中点的连线就是这平行线的中线)；步骤七，以前端的最短距离直线的中点为原点生成XY、XZ面(三维坐标系)，测量XY面与第二基准面的夹角，测量XZ 面和第三基准面的夹角；步骤八，XY面与第二基准面的交线为第一交线，XZ面与第三基准面的交线为第二交线，以第一交线为轴将第二基准面旋转与XY面重合，以第二交线为轴将第三基准面旋转与XZ面重合(用夹角转动提高精度)；步骤九，将最终得到的X轴、Y轴、Z轴和原点确定为叶片的中心坐标系。

进一步的，拟合叶片数据的方法如下：步骤一，(优选在UG中将每个截面大致光顺)取叶尖到叶根每个截面的前后2点，沿Y方向经过前后2点作两条射线，然后用三边倒圆作出前后缘。步骤二，在每个截面叶盆和叶背线上各均布不含前后缘的多个点(根据叶盆和叶背线的长度设定，优选50)，依次读取并记录每点坐标的X、Y、Z值(优选并将每点坐标记录在zuobiao.dat文件中，然后用 UG导入zuobiao.dat文件来检查坐标正确性)；步骤三，测量各截面的aq(叶片进气边小圆圆心距Y轴距离)、ah(叶片排气边小圆圆心距Y轴距离)、b(叶片弦长)、Cmax(叶型最大厚度)、Cq(叶片进气边小圆半径)、Ch(叶片排气边小圆半径)，平均同一截面的所有aq、ah、b、Cmax、Cq、Ch，按平均后的aq、ah、 b、Cmax、Cq、Ch对每片叶片进行调整；步骤四，按照叶片中心坐标系将榫头对齐后，将各测绘片放在同一坐标系；步骤五，5)按X坐标相等，将所有叶片分为n个点(优选为50个点)，将所有叶片的n个点平均，最后按平均后的n个点重新生成截面，该截面即为测绘叶型通过处理后的最终截面。

有益技术效果：本发明的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，利用精确度更高、处理难度更大的叶片榫头工作面作为叶片中心坐标系的定位面，解决了叶片中心坐标系定位不准确的问题，同时，处理方法只需经过一次拟合得到最终叶型，降低了二次拟合带来的误差。

附图说明

图1是本发明的叶型示意图；

其中，aq—叶片进气边小圆圆心距Y轴距离，ah—叶片排气边小圆圆心距 Y轴距离，Cmax—叶型最大厚度，b—叶片弦长，Cq—叶片进气边小圆半径，Ch —叶片排气边小圆半径。

具体实施方式

以下是本发明的一个具体实施方式，该具体实施方式只是本发明应用于某具体发动机叶片的实施过程，不用于限制本发明的构思。

1、将叶片固定在三坐标测量平台上；测量叶片榫头两个工作面(叶片有两个榫头工作面)。

1)每个榫头工作面上测量2组数据。

2)将叶片榫头工作面测绘的2组数据的每组数据拟合为1条榫头轮廓线，在4条榫头轮廓线上各取900点，然后用自用软件(UG、CAD等)生成2对轮廓曲线(在同一扫描平面的两条榫头轮廓线)最短距离直线。

3)任取2条最短距离直线的3个终点生成1个基准面。

4)取2条最短距离直线的中点和第4个终点生成第2个基准面，即底面平行面。

5)测量第3)、4)中生成的两基准面的夹角，如小于0.2度则认为第2个基准面可作为榫头底面平行面，然后进入下一步。

6)以第4)中的2个中点和第2个基准面法线生成第3个基准面，即榫头中心面(两条平行线中任意2条连线的中点的连线就是这平行线的中线)。

7)删除第1个基准面。

8)以前端最短距离直线的中点为原点生成XY、XZ面，测量XY面与第2个基准面夹角，测量XZ面和榫头中心面夹角。

9)XY面与第2个基准面的交线为交线1，XZ面与榫头中心面交线为交线2，以交线1为轴将第2个基准面旋转与XY面重合，榫头中心面和叶型同步旋转；以交线2为轴将榫头中心面旋转与XZ面重合，叶型同步旋转。

10)将最终得到的X轴、Y轴、Z轴和原点确定为叶片的中心坐标系。

2、在同一坐标系下测量叶片叶型数据，从叶尖到叶根等分为10个等截面测量。

3、数据拟合，逆向得到叶片数据，多片测绘叶片的测绘数据融合的具体实施方法如下：

1)在UG中将每个截面大致光顺，然后取每个截面的前后2点，沿Y方向经过前后2点(aq、ah)作两条射线，然后用三边倒圆作出前后缘。2)在每个截面叶盆和叶背线上各均布50点(不含前后缘)，依次读取每点坐标的X、Y、Z 值，并将每点坐标记录在zuobiao.dat文件中，然后用UG导入zuobiao.dat文件来检查坐标正确性。

3)测量各截面的aq、ah、b、Cmax、Cq、Ch，平均同一截面的所有aq、ah、 b、Cmax、Cq、Ch，按平均后的aq、ah、b、Cmax、Cq、Ch对每片叶片进行调整。

4)通过步骤1中确定的叶片中心坐标系，通过榫头对齐将各测绘片放在同一坐标系。

5)按X坐标相等，将所有叶片分n点(50)，将所有叶片的n点平均，最后按平均后的n点重新生成截面，该截面即为测绘叶型通过处理后的最终截面。

Claims

1.一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，通过测量榫头工作面上的数据确定叶片中心坐标系；

然后，测量坐标系下叶片的叶尖到叶根的多个截面数据；

最后，在叶片中心坐标系下拟合叶型数据，处理得到最终叶型。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的通过测量榫头工作面上的数据确定叶片中心坐标系的具体方法为下步骤：

步骤一，在两个榫头工作面上各测量2组数据；

步骤二，每组数据拟合为1条榫头轮廓线，在4条榫头轮廓线各取多个点，然后分别用这些点在两个扫描平面上组成2对轮廓曲线，生成2对轮廓曲线的2条最短距离直线；

步骤三，取2条最短距离直线的2个中点和任意一个2条最短距离直线上的点生成第二基准面；

步骤四，以2条最短距离直线的2个中点和第二基准面的法线生成第三基准面；

步骤五，以前端的最短距离直线的中点为原点生成XY、XZ面

步骤六，XY面与第二基准面的交线为第一交线，XZ面与第三基准面的交线为第二交线，以第一交线为轴将第二基准面旋转与XY面重合，以第二交线为轴将第三基准面旋转与XZ面重合；

步骤七，将最终得到的X轴、Y轴、Z轴和原点确定为叶片的中心坐标系。

3.根据权利要求2所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的确定叶片中心坐标系的具体方法还包括以下步骤：在步骤三之后，分别在2条最短距离直线上任取3个点，用这3个点生成第一基准面，测量第一基准面和第二基准面的夹角，该夹角小于一定角度则进入下一步，否则从步骤一开始。

4.根据权利要求3所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的该夹角小于的一定角度是0.2度。

5.根据权利要求3所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的任取3个点为相对距离较远的3个点。

6.根据权利要求2所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的确定叶片中心坐标系的具体方法还包括以下步骤：在步骤五之后，测量XY面与第二基准面的夹角，测量XZ面和第三基准面的夹角，在步骤六中利用转动两个测量得到的夹角来使得的两个基准面与XY面和XZ面分别重合。

7.根据权利要求2所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的在叶片中心坐标系下拟合叶型数据的具体方法为以下步骤：

步骤一，(优选在UG中将每个截面大致光顺)取叶尖到叶根每个截面的前后2点，沿Y方向经过前后2点作两条射线，然后用三边倒圆作出前后缘；

步骤二，在每个截面叶盆和叶背线上各均布不含前后缘的多个点，依次读取并记录每点坐标的X、Y、Z值；

步骤三，测量各截面的叶片进气边小圆圆心距Y轴距离aq、叶片排气边小圆圆心距Y轴距离ah、叶片弦长b、叶型最大厚度Cmax、叶片进气边小圆半径Cq、叶片排气边小圆半径Ch，平均同一截面的所有aq、ah、b、Cmax、Cq、Ch的值，按平均后的aq、ah、b、Cmax、Cq、Ch对每片叶片进行调整；

步骤四，按照叶片中心坐标系将榫头对齐后，将各测绘片放在同一坐标系；

步骤五，按X坐标相等，将所有叶片分为n个点，将所有叶片的n个点平均，最后按平均后的n个点重新生成截面，该截面即为测绘叶型通过处理后的最终截面。

8.根据权利要求7所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的在叶片中心坐标系下拟合叶型数据的具体方法还包括以下步骤：在拟合叶型数据的步骤一之前，将每个截面做光顺处理后再进行步骤一。

9.根据权利要求7所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，所述的在叶片中心坐标系下拟合叶型数据的具体方法还包括以下步骤：在拟合叶型数据的步骤二中，将每点的X、Y、Z坐标记录在zuobiao.dat文件中，然后用UG导入zuobiao.dat文件来检查坐标正确性。

10.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子叶片逆向设计方法，其特征在于，采用三坐标测量法测量坐标系下叶片的叶尖到叶根的多个截面数据。