CN112419502A - 发动机叶盘的叶片曲面重建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机叶盘的叶片曲面重建方法，先建立初始叶盘模型并建立三维直角坐标系；初始叶盘模型中的叶盘曲面包括叶片曲面、轮毂曲面和围带曲面，叶片曲面由叶盆曲面、前缘曲面、叶背曲面和后缘曲面围合而成；根据轮毂曲面、围带曲面和三维直角坐标系构建多个插值曲面；将多个插值曲面均与叶片曲面进行求交，得到多个叶片截面线，再根据叶片截面线获取叶片截面线尖点；以前缘尖点和后缘尖点的连线为分界线，将每个叶片截面线划分为两部分，并对划分后的两部分叶片截面线均进行离散获得离散数据点；最后对离散数据点进行拟合获得叶片曲面。本发明能够有效提升叶片曲面重建精度，提升了重建叶片曲面的整体光顺度。
Description
技术领域
本发明涉及发动机叶盘成形技术领域，具体涉及一种发动机叶盘的叶片曲面重建方法。
背景技术
叶盘是航空发动机的核心零件，其成形精度和设计质量直接影响发动机的性能。叶盘主要由叶片、轮毂和围带构成，而叶片是叶盘的主要部件，叶片曲面的重建直接影响着CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)的计算精度，而CAM的计算精度直接影响着整体叶盘的加工精度。叶片通常分为叶盆、叶背、前缘及后缘四块区域，现有的叶片曲面重建方法一般针对某一区域进行，在区域衔接处曲面几何连续性难以保持一致，合成一张曲面时，在前后缘曲率较大处难以保证曲面参数均匀变化，从而降低了叶片曲面重建精度，影响了CAM的计算，甚至无法进行CAM的计算。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发动机叶盘的叶片曲面重建方法，能够有效提升叶片曲面重建精度，利于提升重建叶片曲面的整体光顺度。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种发动机叶盘的叶片曲面重建方法，包括以下步骤：
1)建立初始叶盘模型并建立三维直角坐标系；
所述初始叶盘模型中的叶盘曲面包括叶片曲面、轮毂曲面和围带曲面，所述叶片曲面位于所述轮毂曲面和围带曲面之间，所述叶片曲面由叶盆曲面、前缘曲面、叶背曲面和后缘曲面围合而成；
所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴，所述X轴、Y轴和Z轴相交于原点，定义所述原点为所述叶盘的中心，所述X轴为所述叶盘的轴线，所述Y轴为所述叶盘的径向线；
2)根据所述轮毂曲面、围带曲面和所述三维直角坐标系构建多个插值曲面；
3)将多个所述插值曲面均与叶片曲面进行求交，得到多个叶片截面线，每个所述叶片截面线均由叶盆曲线、前缘曲线、叶背曲线和后缘曲线围合构成；
所述叶盆曲线为插值曲面与叶盆曲面的交线，所述前缘曲线为插值曲面与前缘曲面的交线，所述叶背曲线为插值曲面与叶背曲面的交线，所述后缘曲线为插值曲面与后缘曲面的交线；
4)根据所述叶片截面线获取叶片截面线尖点，所述叶片截面线尖点包括前缘尖点和后缘尖点，所述前缘尖点为所述前缘曲线的中点，所述后缘尖点为所述后缘曲线的中点；
5)以前缘尖点和后缘尖点的连线为分界线，将每个所述叶片截面线划分为两部分，并对划分后的两部分叶片截面线均进行离散获得离散数据点；
6)对所述离散数据点进行拟合获得叶片曲面。
在其中一个实施方式中，所述步骤2)中根据所述轮毂曲面、围带曲面和所述三维直角坐标系构建多个插值曲面的方法为：
S1)将X轴和Z轴构成的平面和轮毂曲面求交得到第一曲线；并将X轴和Z轴构成的平面和围带曲面求交得到第二曲线；
S2)将第一曲线和第二曲线离散成相同数量的数据点，使得第一曲线离散后的数据点和第二曲线离散后的数据点一一对应；
在第一曲线离散后的数据点和对应的第二曲线离散后的数据点之间进行插值，并对插值后的数据点进行拟合而自上至下生成多个插值曲线；
S3)将每个所述插值曲线均绕X轴旋转得到插值曲面。
在其中一个实施方式中，所述步骤S2)中，在第一曲线离散后的数据点和对应的第二曲线离散后的数据点之间进行插值时采用等距差值方式。
在其中一个实施方式中，所述步骤4)中根据所述叶片截面线获取叶片截面线尖点的方法为：根据所述叶片截面线构建最小定向包容盒，再根据所述最小定向包容盒获取叶片截面线尖点。
在其中一个实施方式中，所述步骤6)中，利用B样条曲面拟合方法对所述离散数据点进行拟合获得叶片曲面。
在其中一个实施方式中，在所述步骤3)中得到多个叶片截面线之后，还对叶片截面线上的数据点进行预处理。
在其中一个实施方式中，对叶片截面线上的数据点进行预处理的方法为：将叶片截面线上的数据点中的噪声点剔除。
本发明具有以下有益效果：本发明的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，能够有效改善叶片曲面的表面质量，提升了叶片曲面重建精度，重建生成的叶片曲面具有整体光顺、几何参数均匀和精度高的特点，能够更好地进行CAM策略计算，提升了CAM策略计算的效果。
附图说明
图1是本发明的发动机叶盘的叶片曲面重建方法的流程图；
图2是叶盘结构示意图；
图3是叶片截面线的示意图；
图4是为多个叶片截面线的投影示意图；
图5是利用定向包容盒求叶片截面线尖点示意图；
图中：1、轮毂曲面，2、围带曲面，3、叶片曲面，31、叶盆曲面，32、前缘曲面，33、叶背曲面，34、后缘曲面，4、叶片截面线，41、叶盆曲线，42、前缘曲线，43、叶背曲线，44、后缘曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-图2所示，本实施例公开了一种发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)如图2所示，建立初始叶盘模型并建立三维直角坐标系；
初始叶盘模型中的叶盘曲面包括叶片曲面3、轮毂曲面1和围带曲面2，叶片曲面3位于轮毂曲面1和围带曲面2之间，叶片曲面3由叶盆曲面31、前缘曲面32、叶背曲面33和后缘曲面34围合而成；
三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴，X轴、Y轴和Z轴相交于原点O，定义原点O为叶盘的中心，X轴为叶盘的轴线，Y轴为叶盘的径向线；
其中，轮毂曲面1和围带曲面2之间的距离决定了叶片的深度。
2)根据轮毂曲面1、围带曲面2和三维直角坐标系构建多个插值曲面，以形成多个分层面；
3)将多个插值曲面均与叶片曲面3进行求交，得到多个叶片截面线4，如图3所示，每个叶片截面线4均由叶盆曲线41、前缘曲线42、叶背曲线43和后缘曲线44围合构成；
叶盆曲线41为插值曲面与叶盆曲面31的交线，前缘曲线42为插值曲面与前缘曲面32的交线，叶背曲线43为插值曲面与叶背曲面33的交线，后缘曲线44为插值曲面与后缘曲面34的交线；
其中，叶片截面线4投影示意图参阅图4。
4)根据叶片截面线4获取叶片截面线尖点，叶片截面线尖点包括前缘尖点P1和后缘尖点P2，前缘尖点P1为前缘曲线42的中点，后缘尖点P2为后缘曲线44的中点；
5)每个叶片截面线4均以前缘尖点P1和后缘尖点P2的连线为分界线，将每个叶片截面线4划分为两部分，并对划分后的两部分叶片截面线均进行离散获得离散数据点；
通过以尖点为界将每个叶片截面线4划分为两部分之后再进行离散，能够有效保证尖点的位置精度和离散均匀度，从而提升了后续拟合的叶片曲面的精度和光顺度。
6)对步骤5)获得的全部离散数据点进行拟合获得叶片曲面。
在其中一个实施方式中，步骤1)中初始叶盘模型导入计算机处理时，采用igs或step格式。
在其中一个实施方式中，步骤2)中根据轮毂曲面1、围带曲面2和三维直角坐标系构建多个插值曲面的方法为：
S1)将X轴和Z轴构成的平面XOZ和轮毂曲面1求交得到第一曲线；并将X轴和Z轴构成的平面XOZ和围带曲面2求交得到第二曲线；
S2)将第一曲线和第二曲线离散成相同数量的数据点，使得第一曲线离散后的数据点和第二曲线离散后的数据点一一对应；
在第一曲线离散后的数据点和对应的第二曲线离散后的数据点之间进行插值，并对插值后的数据点进行拟合而自上至下生成多个插值曲线；
例如，参阅图2，第一曲线离散后的数据点分别为A1、A2、A3，第二曲线离散后的数据点分别为B1、B2、B3，A1与B1相对应，A2与B2相对应，A3与B3相对应，在A2和B2之间进行插值，插值点为C2,在A1和B1之间进行插值，插值点为C1，在A3和B3之间进行插值，插值点为C3，对插值点C1、C2、C3进行拟合得到插值曲线L(C1-C2-C3)，可以理解地，可以在A和B之间进行N个插值，则最终形成自上至下依次排列的N个插值曲线L。
S3)将每个插值曲线均绕X轴旋转得到插值曲面。
可以理解得，一条插值曲线对应一个插值曲面，因此，在轮毂曲面1和围带曲面2之间会形成自上至下排列的多层插值曲面，同时，轮毂曲面1和围带曲面2本身也代表一个插值曲面，从而使得每个插值曲面和叶片曲面3相交都得到一个叶片截面线4，也即轮毂曲面1和围带曲面2之间自上至下形成有多个叶片截面线4，如图2中共有三个叶片截面线4。
进一步地，步骤S2)中，在第一曲线离散后的数据点和对应的第二曲线离散后的数据点之间进行插值时采用等距差值方式，以进一步提高后续曲面拟合效果。
在其中一个实施方式中，如图5所示，步骤4)中根据叶片截面线4获取叶片截面线尖点的方法为：根据叶片截面线4构建最小定向包容盒OBB，再根据最小定向包容盒OBB获取叶片截面线尖点P1和P2。也即，每一个叶片截面线4对应一个最小定向包容盒OBB。
在其中一个实施方式中，步骤6)中，利用B样条曲面拟合方法对离散数据点进行拟合获得叶片曲面。也即以步骤5)获得的离散数据点作为B样条曲面的控制点来进行拟合，从而得到一个完整的叶片曲面。该方式拟合出的叶片曲面整体光顺度更好。
在其中一个实施方式中，在步骤3)中得到多个叶片截面线之后，还对叶片截面线上的数据点进行预处理。
进一步地，对叶片截面线上的数据点进行预处理的方法为：将叶片截面线上的数据点中的噪声点剔除，以使得叶片截面线更加光滑、平顺。
本实施例的叶片重建方法，是针对整个叶片曲面进行整体拟合，能够有效避免现有拟合方式中进行分区域拟合后再进行拼接而引起的曲面均匀度差的问题，能够有效改善叶片曲面的表面质量，提升了叶片曲面重建精度，生成的叶片曲面具有整体光顺、几何参数均匀和精度高的特点，能够更好地进行CAM策略计算，提升了CAM策略计算的效果。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立初始叶盘模型并建立三维直角坐标系；
所述初始叶盘模型中的叶盘曲面包括叶片曲面、轮毂曲面和围带曲面，所述叶片曲面位于所述轮毂曲面和围带曲面之间，所述叶片曲面由叶盆曲面、前缘曲面、叶背曲面和后缘曲面围合而成；
所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴，所述X轴、Y轴和Z轴相交于原点，定义所述原点为所述叶盘的中心，所述X轴为所述叶盘的轴线，所述Y轴为所述叶盘的径向线；
2)根据所述轮毂曲面、围带曲面和所述三维直角坐标系构建多个插值曲面；
3)将多个所述插值曲面均与叶片曲面进行求交，得到多个叶片截面线，每个所述叶片截面线均由叶盆曲线、前缘曲线、叶背曲线和后缘曲线围合构成；
所述叶盆曲线为插值曲面与叶盆曲面的交线，所述前缘曲线为插值曲面与前缘曲面的交线，所述叶背曲线为插值曲面与叶背曲面的交线，所述后缘曲线为插值曲面与后缘曲面的交线；
4)根据所述叶片截面线获取叶片截面线尖点，所述叶片截面线尖点包括前缘尖点和后缘尖点，所述前缘尖点为所述前缘曲线的中点，所述后缘尖点为所述后缘曲线的中点；
5)以前缘尖点和后缘尖点的连线为分界线，将每个所述叶片截面线划分为两部分，并对划分后的两部分叶片截面线均进行离散获得离散数据点；
6)对所述离散数据点进行拟合获得叶片曲面。
2.如权利要求1所述的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，所述步骤2)中根据所述轮毂曲面、围带曲面和所述三维直角坐标系构建多个插值曲面的方法为：
S1)将X轴和Z轴构成的平面和轮毂曲面求交得到第一曲线；并将X轴和Z轴构成的平面和围带曲面求交得到第二曲线；
S2)将第一曲线和第二曲线离散成相同数量的数据点，使得第一曲线离散后的数据点和第二曲线离散后的数据点一一对应；
在第一曲线离散后的数据点和对应的第二曲线离散后的数据点之间进行插值，并对插值后的数据点进行拟合而自上至下生成多个插值曲线；
S3)将每个所述插值曲线均绕X轴旋转得到插值曲面。
3.如权利要求2所述的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，所述步骤S2)中，在第一曲线离散后的数据点和对应的第二曲线离散后的数据点之间进行插值时采用等距差值方式。
4.如权利要求1所述的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，所述步骤4)中根据所述叶片截面线获取叶片截面线尖点的方法为：根据所述叶片截面线构建最小定向包容盒，再根据所述最小定向包容盒获取叶片截面线尖点。
5.如权利要求1所述的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，所述步骤6)中，利用B样条曲面拟合方法对所述离散数据点进行拟合获得叶片曲面。
6.如权利要求1所述的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，在所述步骤3)中得到多个叶片截面线之后，还对叶片截面线上的数据点进行预处理。
7.如权利要求6所述的发动机叶盘的叶片曲面重建方法，其特征在于，对叶片截面线上的数据点进行预处理的方法为：将叶片截面线上的数据点中的噪声点剔除。
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