某型航空发动机叶片逆向工程方法研究

以某航空发动机叶片为研究对象,结合叶片的曲面特征,使用三坐标测量机逆向工程采集点云数据;提出了适合于叶片曲面的最小二乘滤波降噪算法,应用滤波算法对点云数据进行降噪处理,并使用ImageWare软件完成数据的曲线曲面重构;最后从曲面质量和拟合精度两方面,分析和评价了叶片逆向工程的精度可靠性。     

近净成形叶片重构曲面刀具轨迹自适应规划

近净成形叶片作为一种高效低成本的新型工艺方法,越来越广泛地被应用在航空发动机叶片毛坯制造上。航空发动机近净成形叶片其叶型复杂且属于薄壁类零件,无法保证所有区域一次成形且满足设计精度要求,需要对进/排气边区域进行自适应加工。自适应加工中进/排气边曲面通常为重构曲面,因为测量数据、缘头形状约束、毛坯变形等因素影响,重构曲面会出现曲率变化大、边界不齐等问题。针对上述问题,本文通过分析刀心轨迹与加工曲面几何关系,以光顺偏置曲面为基础,建立光顺刀心轨迹规划线规划算法,实现了重构曲面光顺刀心轨迹的高效自动化生成。在某型精锻叶片上进行了数控加工试验,试验结果显示进/排气边曲面轮廓公差控制在（–0.02～+0.039） mm范围内,满足图纸设计公差（–0.03～+0.05） mm的要求,证明了所提算法的有效性和实用性。     

航空叶片型面三坐标检测技术现状及发展趋势

航空叶片的表面质量和型面精度直接影响航空发动机的气动性和使用性能,其型面的科学检测是保证航空叶片制造精度的重要技术之一。针对目前我国航空发动机叶片测量技术、仪器装备与国外先进水平存在差距的现状,通过对航空叶片型面三坐标检测技术研究现状及发展趋势进行归纳梳理,为叶片型面检测技术和相关仪器的开发提供参考。首先,阐述航空叶片检测的必要性并介绍叶片检测技术存在的一系列技术难点。然后,分析了叶片三坐标测量技术及设备的技术现状,并重点介绍了叶片型面三坐标检测过程中涉及的关键技术及其研究进展。最后,根据航空发动机叶片三坐标检测技术的现状及技术关键指出未来的发展趋势。     

涡轮叶片叶面B-spline曲面层次化拟合方法

航空发动机涡轮叶片表面形状复杂,其三维重构是叶片成型精度分析以及质量控制的重要手段。涡轮叶片叶面是一个复杂的自由曲面,其拟合是重构涡轮叶片的关键步骤之一。本文以涡轮叶片叶面拟合为研究对象,提出一种B-spline曲面层次化拟合方法,该方法首先构建网格曲面的多分辨率模型,然后完成该多分辨率三角网格模型的参数化,最后在多分辨率三角网格的基础上通过粗略拟合、精确拟合以及最终拟合3个主要步骤完成曲面拟合。该方法可以完成高阶连续自由曲面的拟合,适用于海量测量数据的快速拟合,具有较高效率并且拟合结果精度高。     

数字化COE模式的研究及在航空发动机叶片中的应用

如果说航空发动机是飞机的心脏，那么叶片就是发动机心脏中的关键组成部分。叶片是航空发动机中非常关键的一类典型零件，具有种类多、数量大、形面复杂、几何精度要求高等特点。在航空发动机零件中，叶片是寿命较短的零件，因此发动机叶片的制造品质直接影响到发动机性能与寿命。在现代战争条件下，对于航空发动机的零部件制造效率和制造质量提出较高要求，其中叶片作为发动机中数量最大的一类零件，其制造效率直接影响发动机整体制造效率，而叶片的制造品质直接影响到发动机性能与寿命。对叶片加工采用数字化技术，已成为当今世界发动机叶片制造手段的潮流与方向[1-5]。     

航空发动机涡轮叶片精铸模具的现状及发展趋势

未来航空发动机涡轮叶片精铸模具将朝着智能化、网络化、超精密、绿色化的方向发展航空发动机是航空飞行器的心脏,它的内腔由一系列叶片及其他复杂结构的零件组成,此类零件的制造精度直接影响发动机的总体性能。新型发动机不断追求高推重比和高功重比,使航空发动机的相关零件结构日趋复杂。如叶片的流入角和流出角的变化使得叶片向薄壁、扭曲、空心等方向发展,叶片进排气截面半径呈曲线分布,所用材质由铝合金向不锈钢、空发动机及其他产品精铸件二类工装模具的设计主要靠设计人员在图纸上进行手工二维串行设计,要求高、周期长,还容易出现反…     

航空发动机损伤叶片再制造修复方法与实现

航空发动机叶片长期工作在高温、高压和高速的环境下,极易出现损伤。但是,损伤叶片的再制造修复技术一直被国外垄断,国内航空公司不得不花费大量的资金和时间将受损叶片送往国外维修。针对此问题,提出一种航空发动机损伤叶片再制造修复方法。首先,对损伤叶片进行失效特征分析,评价修复可行性;其次,获取并处理叶片点云数据,提取叶片截面的边界曲线,重建叶片数字化模型,通过布尔运算得到加工目标模型;再次,采用激光熔覆和自适应加工方法,对损伤叶片进行再制造修复;最后,分别对叶片三维数字化模型与实物进行精度检测和误差分析。结果表明,利用该方法建立的叶片数字化模型具有较好的精度和光顺性,再制造修复误差满足发动机维修手册的要求。     

吕泉 发动机结构件加工技术专家

<正>您致力于航空发动机制造技术研究,并完成了多项科技攻关项目,您认为高性能航空发动机产品未来的发展趋势是什么?我国要重点做好或加大哪些方面的研究?吕泉:未来高性能航空发动机为了追求高推重比、高可靠性和良好的维修性,其主要零组件结构趋于整体化、轻量化、复杂化,精度等级越来越高,材料加工难度越来越大,对零部件抗疲劳性能要求越来越高。     

在机测量技术与工程应用研究进展

在机测量技术相比离线测量具有成本低、加工过程可检测、无需搬运与反复装夹等优势,为航空涡轮叶片、飞机机身机翼蒙皮、核电汽轮机大叶片、汽车发动机曲轴等复杂曲面零件精密制造提供了新的技术手段,但实际操作过程中仍存在两大技术难题:(1)接触式在机测量精度较高,但受单点碰触采集模式的限制,检测效率无法满足工业零件的全尺寸批量化检...     

航空发动机叶段类静子辊轧叶片加工工艺

航空发动机叶段类静子叶片两端无安装板,只有一段空间曲面的叶身型面,后续与其他零组件焊接组合后形成扇形段。某发动机叶段类静子叶片为GH4169合金,具有型面曲率变化大、前弯后掠、大扭角、进排气边缘成瘦腰形且进、排气边缘厚度差异大等特点。针对叶段类叶片的结构特点,采用精密冷辊轧+数控砂带磨+非接触式测量的工艺方法,工艺过程主要包括辊轧坯料的平板制坯、辊轧模具的设计制造与检测、进排气边缘R的数控砂带磨削以及白光测量机对叶片进行全型面测量的工艺方法。采用该工艺方法生产的叶片可以满足几何精度的要求,而且具有优异的组织性能。     

飞机发动机叶片的非接触测量

介绍了利用安装于三坐标测量机CMM上的激光测头测量自由曲面的立体视觉检测系统。通过测头结构优化设计以及数字图像处理实现了飞机发动机叶片的非接触测量。     

航空叶片制造工艺及坐标检测方法分析

以当前航空发动机制造现状为研究对象,简要概述电解加工、数控加工、精密锻造及超塑性成形等叶片主流加工工艺及其制造关键性技术,并引出发动机叶片制造过程的测量手段。阐述三坐标测量过程中叶片坐标定位、测量轨迹规划及点云降噪的实现方法;简要分析了激光测头安装精度、激光投射角度、测量景深等对激光扫描法测量精度的影响。对航空叶片精密制造工艺及与之相适应的高效精密检测技术快速发展具有一定指导意义。     

控制较大尺寸机匣件加工变形的工艺措施

航空发动机机匣类零件的设计结构越来越复杂、尺寸越来越大、壁越来越薄,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题越显突出。机匣件变形对发动机的装配精度、使用性能和可靠性影响较大,解决机匣件的变形问题迫在眉睫。     

航空发动机叶片气膜孔测量技术研究

基于航空发动机叶片冷却气膜孔的设计、加工和国家＂十一五＂计量科研项目的技术攻关及检测试验研究,本文简要介绍了叶片气膜孔位置度检测技术的思路、途径和方法,力求解决叶片气膜孔加工中的量值传递或溯源的难题,使我国在叶片等空间曲面小孔测量领域实现重大突破。     

叶片空间造型的计算几何方法

 本文把新近发展起来的计算几何中的几种典型方法（包括Bézier曲面、B样条曲面和Bézier-B样条混合曲面等）,同航空发动机叶片空间造型结合起来,形成一套计算机辅助叶片外形设计的新方法。扭曲叶片由三二次混合曲面片拼接而成,型面有完整的数学模型。因此有利于叶片三元流场性能和有限元强度计算分析以及与数控加工相结合。实例表明该方法简单、灵活、计算量小,对大弯度叶片设计亦行之有效。     

航空发动机涡轮叶片裂纹的阵列涡流检测仿真

阵列涡流检测技术因检测范围大和适应性强等诸多优点适合航空发动机涡轮叶片的快速检测。本文建立了发动机涡轮叶片裂纹阵列涡流检测的有限元模型,研究涡轮叶片的叶盆和叶背两种曲面下阵列涡流传感器的检测信号特征。仿真结果表明:当涡流探头与叶身的提离距离不变时,检测线圈的感应电动势随凸面、平面和凹面的次序逐渐增加;检测纵向裂纹时检测线圈电动势敏感度可达激励线圈的12.5倍,其电动势波峰和波谷的距离可表征纵向裂纹的长度且误差小于1.0mm,而横向裂纹深度也与检测线圈电动势的波谷幅值成单调递减关系,仿真结果可望用于指导发动机涡轮叶片的工程检测实践。     

拟合精度约束下航发叶片在机测量采样策略

测量点数量是影响航空发动机叶片复杂曲面在机测量效率的关键因素，为了在满足拟合精度要求的情况下最少化测量点数量，提出了一种考虑拟合精度的叶片在机测量采样方法。首先，根据叶身曲面测量的评价特点，将评价曲面的拟合精度降维成评价一组截面轮廓的拟合精度，建立了度量不同拟合曲线之间误差关系的模型。接着，使用放缩变换从误差关系模型中剥离出拟合误差，并推导出拟合误差的上界模型。进一步以拟合误差上界满足给定拟合允差为约束，依据逼近误差原理迭代计算出最少测量点数量。最后，选择离心式叶轮为对象，在保证在机测量结果拟合精度要求的前提下，验证了此方法能够减少测量点数量以提升测量效率，这为优化曲面类零件的在机测量工艺提供了一种新方法。     

电化学光整加工技术及在航空制造领域的应用探讨

介绍了轴承、齿轮、液压阀门、金属管道、自由曲面等几种典型机械零部件表面的电化学光整加工技术。根据航空飞行器性能要求,分析了电化学光整加工技术在航空飞行器特别是航空发动机方面的应用前景,以及需要解决的关键技术问题。     

基于深度学习的发动机叶片故障检测技术

为了解决航空发动机叶片故障检测中存在的检测精度欠佳、检测效率不高的问题,提出了一种基于深度学习的目标检测方法。针对小样本数据集检测精度低、模型训练速度慢等问题,对Faster R-CNN目标检测算法进行结构优化,引入Res2Net结构,通过分割串联的策略强化残差模块的卷积学习能力,搭建了细粒级的多尺度残差模型Res2Net-50,以提升模型的特征提取能力。同时,在网络的训练过程中,采用多次余弦退火衰减法对学习率进行调整,以加快模型的训练速度,提升模型的训练质量。针对航空发动机叶片裂纹和缺损2种故障类型进行网络训练与检测试验,试验结果表明:优化后的模型识别准确率提高了0.7%,模型的平均检测精度提高了1.8%,训练时间缩短了5.56%,取得了比较好的检测效果。     

基于桥接线的涡轮叶片尾缘劈缝建模方法研究

航空发动机涡轮叶片尾缘劈缝是一个复杂的曲面,设计过程繁琐,造型过程中易出现与叶身连接不光顺的问题。针对尾缘劈缝的几何结构特征,提出一种基于桥接线的涡轮叶片尾缘劈缝的建模方法,以尾缘劈缝截面线和叶身内形曲面为边界条件,采用模拟退火算法创建桥接线,以此为基础完成尾缘劈缝的建模。开发了尾缘劈缝参数化建模模块,提高了叶片设计效率,并为航空发动机复杂曲面参数化建模提供了参考