航空发动机叶片型面测量方法评述.doc

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免费文档下载/本文档下载自文库下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：/doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.html航空发动机叶片型面测量方法评述计测技术综合评述?1?航空发动机叶片型面测量方法评述陆佳艳,熊昌友,何小妹,马骊群,蔡薇(北京长城计量测试技术研究所,北京100095)摘要:叶片的型面质量是影响发动机性能的一个重要因素。基于叶片型面测量的重要性,本文对现行的检测方法进行了分类总结,比较完整地评述了其适用情况、测量精度、测量能力及局限性等,针对未来叶片的发展,提出了叶片型面测量技术的发展趋势。关键词:航空发动机;叶片;型面;测量方法;评述中图分类号:TH542;TP391172文献标识码:A文章编号:1674-(2009)03-0001-03SurveyofMeasurementMof2ieLUJia2yan,XIONGChang2you,iqun,CAIWei(ChangchengInstituteofMetrBeijing100095,China)Abstract:Thequalityofthebladeprforofaero2engine,sothatthemeasurementofthebladeprofileishighlyregarded1Severalkindsofarepresentedinthispaper,whichfocusonthemeasurementaboutbladeprofile,anditsapplicationsituatiabilityandlimitationsetc1aresurveyedalso1Keywords:aero2engine,profile,measurementmethod,survey0引言叶片是航空发动机中型面复杂、尺寸跨度大、受力恶劣、承载最大的零件。叶片的几何形状和尺寸决定着叶片的工作性能,而叶片的型面质量对发动机的二次流损耗有着较大的影响,直接影响着其能量转换效率。因此在发动机零部件的检测中,叶片型面的检测具有十分重要的意义。随着发动机性能的不断提升,对叶片型面检测精度和检测效率的要求也越来越高,本文介绍了叶片型面的测量方法,从适用情况、测量精度、测量能力及局限性等方面进行/doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.html了归纳分析,并对未来叶片型面测量的发展进行了预估。为叶片型面测量提供了新的手段,如机器视觉测量法、四坐标激光测量法和激光扫描测量法等。111标准样板法标准样板法是将标准样板和实际叶片对应检测截面靠近,借助于照明灯光,根据样板与叶片之间漏光间隙的大小,估计对应型线的误差。图1为标准样板法的测量原理。其中标准样板是指根据叶片的理论型线设计制造且与叶型截面相对应的母板量具1。1叶片型面的测量方法叶片型面检测主要是指型面轮廓和几何尺寸(包括叶型厚度、叶型弯扭、叶片弦长、前后缘位置等)的检测。传统的叶片型面测量方法大致可分为:标准样板法、自动绘图测量法、光学投影测量法、电感测量法和坐标测量法等。近几年,高新技术的不断发展,收稿日期:2009-04-03;收修改稿日期:2009-04-20作者简介:陆佳艳(1984-),女,硕士研究生,主要从事航空发动机叶片参数测试技术研究。图1标准样板法测量原理标准样板法最早是用于叶片成品检测的方法,它具有检测速度快、操作简单、便于现场使用等优点,在叶片加工过程中得到广泛使用,但它只能定性地检测零件是否合格,测量精度低;同时,一个样板只对?2?综合评述应于某叶片相应截面的一条型线,因此标准样板数量多,成本高,在对叶片检测要求越来越高的今天,其仅适用于叶片的工序间型面检测。112自动绘图测量法12009年第29卷第3期随着叶片制造技术的发展,对叶片型面检测精度要求不断提高,出现了一种机械式叶片截面型线自动绘图测量法。自动绘图测量仪的测量原理如图2所示。该仪器主要由用于安装被测叶片的转盘、用于安装绘图纸的转盘、测轮、绘图笔臂、钢带、步进电机和转盘组成。测量时,叶片接电源的地线,在步进电机的驱动下,测轮与叶片之间保持一相对固定的高压放电间隙,使测轮对叶片作非接触扫描测量。随着测轮对叶片的扫描,的实际轮廓的放大图://doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.htmlar。简便,但对于定量测量,。用该方,如测量结果受叶片表。测量精度较低,适。1电感测量法1,3图3光学投影测量原理电感测量法的出现,实现了对叶片形状误差、角向误差的高效测量,满足了叶片生产节拍不断提高对测量效率的要求。电感测量法是将叶片分成若干个被测截面,每个截面对应于一组电感传感器,每个传感器对应于被测截面上的一个点(见图4)。测量前按被测叶片型面预先设置几组传感器的位置和测量方向,并用“标准叶片”对零。测量时,传感器组靠近并接触叶片表面,图2叶片自动绘图测量原理从各传感器测得与标准叶片的偏差量,就可以得到被测叶片的形状误差、角向误差、叶型厚度等参数。自动绘图测量法不易受主观因素的影响,测量精度较标准样板法高。但由于仪器体积庞大且操作不方便,只适合于零件抽检,应用范围有限。113光学投影测量法光学投影测量的原理如图3所示。上下两组处于同平面内的线光源分别照射在叶片某截面的叶盆和叶背两表面上并产生散射;镜头组对这些散射光成像,并在投影屏上显示该截面的轮廓投影像。通过移动、投影和设置相对坐标原点,可以在仪器的数显表头上读出影像任一点的坐标1图4电感测量原理。光学跟踪投影仪分为单面跟踪和双面跟踪两种形式。单面光学跟踪投影仪一次只能够检测叶盆或叶背单侧型面;双面光学跟踪投影仪可同时检测叶盆、叶背型面2电感测量法的测量效率及精度较高,对环境要求低,可用于生产现场。但对于不同规格的叶片需配置不同的机械结构和标准叶片,且准备时间较长,成本高,因此仅适用于大批量的叶片成品检验。115坐标测量法1-3。光学投影测量法常用于定性观察放大后的实际叶片与标准叶片之间的符合程度,检测效率较高、操作坐标测量技术的不断发展,为实现叶片型面几何://doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.htmlar计测技术尺寸和形状误差的综合测量提供了新的手段。该方法通过坐标测量机测量叶片轮廓上各被测点的坐标值,采用数据建模等分析手段,可得到被测叶片几何尺寸和形状误差等参数。坐标测量法是目前现有的叶片检测手段中精度最高的一种,适合于叶片生产的最终检验,由于坐标测量法要逐点测量叶片型面,测量效率非常低,且测量成本高,一般要求实验室环境下测量,因此该方法的使用受到一定的限制。116机器视觉测量法4-5综合评述?3?图5四坐标激光测量示意图机器视觉技术能够完整测量被测物体表面形状,随着这种方法的不断成熟和发展,已开始应用于叶片型面测量。该方法通过机器视觉测量设备抓取到叶片型面图,根据图像信息进行尺寸、形状等的判别。依据不同的测量原理,的实现方法。量技术,一定方向逐次扫描,面的结构光分别成像在面阵CCD上,通过信息的辨识和处理,得到被测表面形状信息。机器视觉技术的测量速度和效率都比较高,但在生产和加工中,该项技术的测量精度相对比较低,还不能满足高精度叶片的测量要求。117激光测量法此外,由于四坐标测量,免去了探针,所以特别适合,但其测量精度低于坐标测量。激光扫描法具有快速准确的三维空间描绘能力,且测量精度高,检测速度快;但其设备成本比较高,对操作者的能力要求比较高。基于上述特点,激光扫描法在生产现场的应用还比较少。2叶片型面测量方法能力比较叶片各检测手段都有特定的优势及局限性。有的方法能快捷地得到叶片型面轮廓特征,但对于位置参数的测量却无能为力,如标准样板法;有的方法能全面测量出叶片各项指标,但测量效率低、成本高,如坐标测量法。表1为几种常用的叶片测量方法的能力比较。伴随着激光测头的不断成熟,出现了采用激光测量技术的叶片型面测量方法,比较典型的有四坐标激光测量法和激光扫描测量法。四坐标激光测量系统主要是在三坐标测量机的结构上多加了一个精密转台,配合非接触式激光测头进行叶片型面测/doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.html量。如图5所示,激光测头安装在三个相互垂直的运动轴上,叶片安装在旋转工作台上。激光测头实时读取叶型上点的坐标,从而得到叶片截面轮廓线6-73总结现代叶片型面测量技术的发展取决于叶片型面的精确测量需求。面对未来高推重比新概念发动机的性能需求,航空发动机叶片将朝着大尺寸、空间任意积叠及复合弯掠等方向发展,这将对叶片型面测量提出更高的要求9。因此,叶片型面测量技术的研究重点一是针对单个叶片,在保证高精度的同时如何快速便捷地获取叶片整体形貌信息,如何更多地寻求高精度高效率的三维检测方法;另一个研究重点是针对整体叶盘类复杂结构形式叶片,研究如何在不干涉的情况下,高精度高效率地获取多个叶片整体形貌信息10-12。激光扫描法是利用激光光束对叶片作高速扫描,激光扫描头获取叶身型面大量点云数据,通过这些空间点所组成的点云图来表达系统对叶身型面的采样结果。然后以标准叶片的CAD数模作为参照,对所测叶片的点云数据进行比对分析,评价叶片;也可藉由CAD软件进行铺面,以得到完整的CAD模型,配合叶片的专业评价软件,进而得到叶片的各项评价指标8。从发展上看,多自由度组合测量(如三坐标测量机与二维扫描头的组合及三坐标测量机与转台的组合等)是整体叶盘类叶片测量的研究方向。(下转第36页)。?36?计量、测试与校准较远,计算的航向精度也高一些,如果距离再近,计算的航向精度也会低一些,因为计算的航向精度与两个观测点的距离远近有关,但是,如果试验中航海型GPS采用差分GPS,定位精度比试验中所采用的GPS的定位精度高出一倍以上,则航向精度也会提高。而一台这样的GPS航向仪的价格预计在8000元左右,比一台标准磁罗经还低,所以,采用GPS进行航向测量是可行的,它不像陀螺罗经那样需要很长的启动时间,也不像磁罗经不能形成电信号,在不同/doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.html的船舶2009年第29卷第3期上用它替代陀螺罗经和磁罗经,既方便简捷,又经济实用,具有很好的应用前景。参考文献1郭禹1航海学M1大连:大连海事大学出版社,200513123812李连亭1卫星定位精度分析J1大连海事大学学报,1986(3):421713蒋志凯,高音,孙德斌1GPS与NNSS的跟踪研究J1大连水产学院学报,1995(3):122191(上接第3页)表1测量方法标准样板法绘图测量法光学投影法电感测量法坐标测量法测量效率测量精度/mm最高较低较高很低01101510103010801020104010010100301020106成本高较高最高测量特点,属于单截面单型线测量用于叶片型面轮廓检测,属于单截面全型线测量用于叶片型面轮廓及几何尺寸检测,属于单截面型面测量用于叶片型面轮廓及几何尺寸检测,属于少点多截面型面测量用于叶片型面轮廓及几何尺寸检测,属于多点多截面型面测量用于叶片型面轮廓及几何尺寸检测,属于叶身整体型面测量,特别适合局部放大测量用于叶片型面轮廓及几何尺寸检测,属于多点多截面型面测量用于叶片型面轮廓及几何尺寸检测,属于叶身整体型面测量7于红英,赵广亮等1YP02型叶片测量仪控制系统的研制J1制造技术与机床,2006(9):7327518日友工业1激光扫描仪介绍EB/OL1/xiangxi.php?ID=51267,2009-04-209HORIBEKyohei,KAWAHIRAKouji,SAKAIJun,SAKAKI/doc/4bc4e4a40029bd64783e2c19.htmlJunichi1DevelopmentofGE90-115BTurbofanEngineJ机器视觉法较高局部放大精度可达01004较高四坐标激光测量法激光扫描法较低较高0101010201030108较高高参考文献1陈非凡,强锡富1汽轮机叶片叶型测量综述J1航空计测技术,1995,15(3):32412王军1航空发动机叶片三维轮廓测量方法研究D1长春:长春光学精密机械与物理研究所,200413俞学兰,叶佩青1航空发动机压气机叶片型面检测技术J1航空制造技术,2007(11):4624814杨永跃,邓善熙,何革群1风力机叶片检测中的机器视觉1EngineeringReview,2004,2(1):1-8110黄春峰1现代航空发动机整体叶盘极其制造技术J1技术J1太阳能学报,2003,24(2):232223615王德辉,张世林,王桂芝1CCD技术与图像测量在叶片测航空制造技术,2006(4):942100111康敏,徐家文1用三坐标测量机检测整体叶轮叶片型面误量中的应用J1计量与测试技术,2002(2):1722116陈凯