叶片前后缘识别及百叶轮抛磨工艺研究

针对叶片前后缘厚度小、曲率变化急剧的结构难点,利用最小二乘法对叶片截面前后缘和部分叶身处的离散点进行椭圆拟合,通过设置平均距离、最大距离和斜率差三个误差约束条件来确定前后缘与叶盆叶背临界点,精确识别叶片前后缘;选取适合抛磨前后缘的弹性抛磨工具百叶轮,简化百叶轮抛磨模型,从单颗磨粒抛磨出发,探究抛磨过程中百叶轮压缩量与抛磨力的关系,并基于Hertz接触理论和改进的等弦高误差法确定步长行距。最后通过机器人夹持叶片、百叶轮抛磨的方式进行横抛、纵抛实验。两种抛磨方式横抛后表面粗糙度均小于0.4μm,轮廓度误差小于0.08 mm,均能满足叶片的尺寸精度和表面质量要求。

基于刀轨调整的叶片前后缘几何自适应加工

航空发动机压气机叶片在前期净近成形工艺中,其前后缘曲率变化剧烈,形状特殊,无法直接成形,需要进行二次加工。然而,前期工艺会使叶片产生变形,理论数模已经无法适用于其二次加工。因此,为了解决因变形带来的前后缘加工问题,实现前后缘与叶身的光滑转接加工,提出了一种基于刀轨修改的叶片前后缘几何自适应的加工方法。首先,在前后缘附近的已成形区域上提取特征测量点并对其进行实测;然后,通过特征点实测数据分析叶片前期工艺变形情况,并基于变形数据建立叶片截面Z坐标值与变形规律的映射关系函数;最后,根据变形映射函数,相应地调整原始理论刀位文件,以调整完的刀轨实现叶片前后缘的自适应加工。以某型号航空发动机精锻叶片为例进行仿真试验验证,试验结果表明该方法优化效果显著,原理论刀位文件与调整后的刀位文件的加工误差相比,后者偏差基本在0.01 mm以内,极大程度地减少了加工误差。该方法能有效解决精锻叶片进排气边的光滑转接加工问题。

薄壁叶片前后缘加工误差补偿技术研究

加工误差难于控制已成为影响薄壁叶片加工质量及效率的重要因素,而前后缘是叶片在加工过程中最易产生变形的部分。针对叶片前后缘在加工时易超差的问题,提出了加工误差补偿技术。首先分析叶片加工样件测量数据得出前后缘加工误差分布规律,再通过误差补偿方法对叶片设计模型进行修正,生成新的数控加工程序加工叶片,最终使叶片加工误差满足公差要求。对加工误差补偿原理,补偿截面轮廓线的生成及光顺拼接等进行了研究。

叶片前后缘百页轮抛光工艺参数优化

为改善叶片前后缘的表面质量、提高航空发动机的性能和寿命,对叶片前后缘百页轮抛光工艺进行研究。通过分析前后缘抛光存在的问题,结合砂带百页轮的抛光加工特点,提出前后缘百页轮柔性抛光工艺方法;基于Preston方程对抛光材料去除率进行分析,获得了影响抛光表面粗糙度的主要工艺参数(百页轮粒度、法向力、主轴转速和进给速度);采用响应面法设计抛光加工实验,分析了主要工艺参数及其交互作用对表面粗糙度的影响,建立了主要工艺参数与表面粗糙度的二阶预测模型,并得到最优工艺参数域和最优抛光工艺参数组合。前后缘百页轮抛光实验检测结果表明:前后缘表面质量明显改善,满足表面粗糙度小于Ra0.4μm的质量要求。

压气机辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法

针对压气机辊轧叶片前后缘头后续数控加工制造与叶身圆滑转接的要求,提出一种基于夹持态叶片缘头多测绘点的一次配准和制造公差约束的二次配准的辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法,该方法可以更精确地构建辊轧叶片前后缘头圆滑转接计算机辅助设计模型,满足后续数控加工的需求。进行基于实测数据的建模验证,结果表明所提方法可以实现辊轧叶片无余量叶身与缘头区域的高精度圆滑转接。

风力机叶片的分段直前后缘设计技术与应用

目前风力机叶片的气动设计方法主要依据简化风车模型与Glauert旋涡理论,但这两种方法得到的叶片在叶根及叶尖弦长过大,在叶根附近扭曲严重,对整体性能及加工制造不利。文章在Glauert旋涡理论设计方法基础上,给出了一种前后缘分段直线化设计技术及其在风力机叶片的气动外形设计中的应用。利用该技术对1MW风力机叶片进行气动设计与计算,得到了风力机在浆矩角可调及风速变化情况下的气动性能预测结果,为风力机叶片多参数化建模及优化设计方法奠定了理论基础。

一种叶片前后缘削边形状计算方法

目前主要采用依据标准图样目视判断的方法分析加工后的叶片前后缘形状,存在测量效率低、重复性差、评价结果不一致等问题。本文提出基于厚度偏差趋势判断前后缘形状的方法,利用叶片截面中弧线分割叶片边缘厚度,根据评价区域最大厚度偏差、最大厚度偏差比和厚度偏差变化率系数,自动分析叶片前后缘削边形状。该方法具有快速、准确的特性,为发动机叶片加工质量的评价提供了重要保障。

航发叶片前后缘数控砂带磨削关键技术研究

为提高航发叶片前后缘加工精度和加工效率,通过对当前航发叶片前后缘磨削加工中存在的问题进行分析,结合当前叶片前后缘加工工艺要求及数控砂带磨床各轴运动控制算法,考虑到磨料粒度、接触力、砂带线速度及进给速度等磨削要素的影响,优化了刀具轨迹,提出了叶片前后缘磨削工艺方法。最后,对某公司生产的航发叶片进行了磨削加工实验,实验结果表明,此磨削加工方法可使得航发叶片前后缘的加工精度和表面粗糙度得到明显的改善。

一种基于几何调控的辊轧叶片前后缘加工曲面自适应重建方法

针对航空发动机压气机辊轧叶片前后缘溢料端数控加工问题,提出了一种基于设计曲面几何调控的前后缘加工曲面自适应重建方法。根据自由变形理论以及曲面能量控制原理,建立了具有变形约束能力的自由曲面几何调控模型;利用该模型建立了基于遗传算法求解的辊轧叶片前后缘加工曲面自适应重建策略。该策略通过微量调整叶片设计曲面几何形状,使其在逼近叶身型面测量数据的同时尽可能维持初始几何形状,最终实现了辊轧叶片前后缘加工曲面的自适应重建。实例验证结果表明:利用该方法获得的辊轧叶片前后缘加工曲面可以在保证叶片形状精度的同时实现其与实际叶身的圆滑转接。

基于柔性砂轮的叶片前后缘磨削技术研究

在航空领域中,叶片的前缘和后缘对于发动机的气动性能有着很大影响。为了实现叶片前后缘的高精高效磨削,提出了应用柔性砂轮进行前后缘磨削加工的工艺方法,并进行了可行性的实验验证。在分析叶片前后缘的磨削加工难点的基础上,对柔性砂轮的适用性、基本组成、磨削过程及磨削特点等进行了详细阐述。为了验证柔性砂轮在叶片前后缘磨削加工中的应用效果,采用轻型柔性砂轮对某精锻压气机叶片的前后缘进行了磨削实验,并对磨削后的截线加工误差和加工余量进行了测量。实验结果表明,柔性砂轮磨削的加工方式是可行的,而且加工精度也能够满足要求,因而在叶片前后缘的磨削加工方面具有很大的应用潜力。

凹腔前后缘圆弧对流场干扰的数值研究

基于两方程k-ωSST模型,对不同半径前后缘圆弧凹腔构型的超声速流场进行了二维仿真,获得了相应的流场特征参数。结果表明,与直角前后缘相比,采用圆弧构型时凹腔后壁的激波得到增强;随着圆弧半径的增加,凹腔内部的速度有所增大,而温度、涡量则呈递减趋势,从稳焰、助燃的角度看,后壁上端压力增大可以促进质量交换,同时降低回流区温度。综合考虑凹腔的稳焰和助燃作用,提出了一个适当的圆弧半径范围。

变弯度机翼前后缘结构技术发展与应用前景

变弯度机翼前后缘结构技术在增升减阻、改善操控、降低噪声等方面有着良好的应用潜力,在欧美国家得到了长期重视和发展。本文介绍了变弯度机翼前后缘技术发展情况,以研发时间为轴线,就主要技术方向进行了阐述,并结合发展情况、技术途径和发展水平,对涉及的变弯度机翼前后缘结构的技术应用前景进行了初步分析。在此基础上,对国外变弯度机翼前后缘的部分技术指标进行了简要梳理,针对主要指标的未来需求、现实技术能力、发展路径等因素,初步量化提出了供我国变弯度机翼前后缘结构研究的牵引性指标。根据机翼后缘变弯度气动性能计算结果,对气动收益、起飞重量收益、燃油收益和航程收益分别进行了工程计算分析,初步验证了变弯度技术应用于背景飞机的显著价值。

面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。

航空发动机叶片前后缘自由式砂带抛光技术

由于叶片前后缘(LTE)的轮廓形状和表面质量将对航空发动机的气动性能和叶片的疲劳性能产生直接影响,因此为提高前后缘的轮廓度和表面质量,通过对目前航空发动机叶片前后缘抛光所存在的问题进行分析,结合叶片前后缘抛光工艺要求,并基于自由式砂带抛光的工艺特点,提出了叶片前后缘自由式砂带抛光工艺方法;针对该抛光工艺方法,建立其砂带张紧力控制系统,确定了抛光加工中的砂带走刀步长计算公式及抛光轨迹规划方法;最后以某型号叶片的前后缘作为加工对象进行抛光实验研究。检测结果显示:叶片前后缘轮廓度误差小于0.01mm,其表面粗糙度小于0.4μm,证实了该抛光工艺方法对提高叶片前后缘的轮廓度和表面质量的有效性。

一种前后缘连续变弯度翼型气动特性分析

提出了一种基于厚度不变的翼型前后缘连续偏转变形规律,并以NACA0015翼型为例,实现了翼型变弯度的参数化。以柔性伸缩蒙皮支撑结构和机械结构实现了可连续光滑偏转后缘的变弯度翼型,验证了变形规律。以前后缘偏转角度为参数,计算并分析了各个变形状态下翼型扰流流场和气动特性,讨论了变形参数对气动特性的影响,研究了气动特性的产生机理。研究结果表明:在大迎角下,前缘偏转角对翼型失速有一定的抑制作用;在中小迎角范围内,翼型升阻比随着后缘偏转角的增大而增大,且不论迎角如何变化,总可以通过前后缘偏转来获得较高的升阻比。

航空发动机压气机叶片前后缘测量方法评述

叶片的型面前后缘成型质量是影响发动机性能的一个重要因素。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,提出了叶片型面前后缘测量技术的发展趋势。

基于拐点检测的椭圆弧叶型前后缘评定算法

叶片前后缘的形位对叶片气动性能有着显著影响,且其分割结果也严重影响特征参数的精密计算。现有的叶片前后缘分割算法大多基于拓延算法的实现与改进,但是拓延算法本身尚不能自适应叶型截面尺寸来分割点云,而后续的改进算法在轮廓线误差控制上仍有待加强。针对叶片截面线前后缘的点云精确分割问题,参照椭圆弧叶型的造型设计特点,提出了基于拐点检测的前后缘评定算法。通过对截面线点云旋转、截取、顺时针排序以及拐点检测处理,实现了在高精度测量条件下对叶片前后缘的精确分割。最后设计了对比实验,验证了本文算法可以定性地分割叶片前后缘,并在线轮廓误差上保持了较低水平;论证了在逐点拓延椭圆拟合过程中,从凹性点即开始影响线轮廓误差。

多参数变弯度翼型气动优化设计方法

为了获得机翼最优的气动外形,提出了一种多偏转参数与非均匀B样条结合的翼型前后缘连续偏转变形方法。以NACA3412翼型为研究实例,对翼型曲线进行参数化重构。以翼型前、后缘偏转位置和偏转角度为变化参数,模拟分析了不同变形状态对翼型气动特性的影响规律。以翼型升力系数和升阻比为优化目标,以前、后缘的偏转角度、偏转位置以及过渡段长度等六个偏转参数为设计变量,采用多目标遗传算法和ANSYS软件进行优化设计。结果表明,与基础翼型相比,优化后的变弯度翼型的升阻比提升约19.26%,升力提升约44.43%,明显改善了翼型的气动性能。

电火花成型电极修整航空发动机叶片的加工误差分析

针对航空发动机叶片电解加工后前后缘存在较大加工误差这一问题,采用电火花加工技术对叶片前后缘进行修整,并分析前后缘的加工误差。使用自研的六轴电火花成型机床,采用成型电极对叶片后缘进行修整加工,并利用三坐标测量机完成叶片点云数据的测量。采用遗传算法和迭代最近点算法,完成包络加工后叶片点云数据与理论模型的配准,通过最小二乘椭圆以及NURBS曲线拟合处理点云数据。针对拟合的叶片加工后轮廓曲线,通过在该曲线上等间距取点并计算这些点到叶片理论轮廓线的距离来反映叶片后缘的加工误差和加工误差的整体趋势。结果显示:经过电火花成型电极修整后叶片后缘的面轮廓度误差在-16.4~88.5μm之间,平均误差为53.7μm,叶片后缘的缘头处轮廓度误差最小,验证了电火花加工技术包络修整叶片前后缘的可行性。

一种基于非完整点云数据的航空发动机叶片边缘半径获取方法

非接触测量技术不依赖叶片原始设计模型,快速获取叶片的关键几何参数,但在叶片边缘高曲率区域获得的点云稀疏散乱,以至于获取叶片前后缘半径困难。针对此问题,提出了一种基于非完整点云数据叶片前后缘半径获取方法。该方法通过点云分割,获得叶盆与叶背多项式形式的轮廓线,运用二分法逼近方法,获得同时与叶盆和叶背相切的叶缘圆弧。与接触式三坐标测量机测量叶缘半径得到的结果进行对比,偏差<30%。该方法在一定程度上能够改善高曲率曲面非接触测量点云失真问题,为叶片快速重构提供了参考。