本發(fā)明涉及的是一種葉片壓氣機設計領域的技術，具體是一種校正多維度加工誤差的壓氣機葉片的反求實現方法。

背景技術：

壓氣機是航空和地面燃氣渦輪發(fā)動機的關鍵部件之一，它的作用是加功增壓，即對氣體作壓縮功以提高壓力，其性能好壞在很大程度上決定了整臺發(fā)動機的性能及可靠性。在壓氣機中，葉片是壓氣機工作中實現能量轉換的零件，也是數量最多、加工最為復雜的零件，葉片的加工質量對目前高負荷設計的壓氣機效率和氣動穩(wěn)定性起著至關重要的作用。

由于壓氣機葉片是典型的薄壁零件且彎扭形狀復雜，在加工中必然存在偏差且是具有多維度的加工誤差，又可以分成多種精度等級以對應不同的誤差數值，加之這些誤差可以隨機地出現在一個葉片從葉根到葉尖的各個截面上，具有多維度加工誤差的壓氣機葉片的反求設計就面臨著“維度災難”。這些誤差變量、數量級別和分布范圍對葉型損失、攻角特性非常敏感，對壓氣機性能起著決定性影響。

技術實現要素：

本發(fā)明針對現有技術無法確定葉片裝在壓氣機整機工作時的基準，以及無法反求具有多維度加工誤差的壓氣機葉片等缺陷，提出一種校正多維度加工誤差的壓氣機葉片的反求實現方法，能夠節(jié)省大量的葉片測量和數據處理費用,極大地縮短了壓氣機葉片反求設計的時間，提高了葉片質量。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：

本發(fā)明包括以下步驟：

1)選擇測量基準；

2)測量不同高度截面的葉身型面；

3)對葉型參數初步處理；

4)按照積疊規(guī)律積疊；

5)對設計葉片的葉身型面進行光順處理，形成設計葉片實體；

6)沿葉高調整曲率梳，并重新對葉身型面進行光順處理，符合設計要求則進行下一步，否則，回到步驟2)；

7)完成葉型技術條件和設計圖。

所述的葉型參數包括前緣半徑R_q、后緣半徑R_h、安裝角α、弦長b、最大厚度C_max、質心位置度。

所述的步驟1)具體包括以下步驟：

1.1)通過葉片組件狀態(tài)測量確定x軸；

1.2)以葉片葉盤在自身離心力作用下的工作狀態(tài)或葉根型面的質心來確定坐標原點以及z軸；

1.3)根據右手定則確定y軸。

所述的步驟2)具體包括以下步驟：

2.1)確定被測葉片z軸方向上的首端被測截面和末端被測截面位置；

2.2)從葉片流道的幾何平均半徑處的被測截面等間距向葉根和葉尖設置若干被測截面；

2.3)測量每個被測截面中的葉身型面的葉型參數。

所述的首端被測截面距葉根圓角相切處0.5mm，末端被測截面距葉尖0.5mm。

所述的被測截面的間距為3、6或9mm。

所述的被測截面中的葉身型面的測量步長為0.1～0.25mm。

所述的步驟3)具體包括以下步驟：

3.1)錄入測量數據并擬合葉身型面；

3.2)計算理論值，并對葉型參數進行修正獲得修正值；

3.3)對比分析葉盆曲線和葉背曲線的輪廓度；

3.4)確定設計的葉身型面的曲率梳。

所述的理論值為由葉型參數去除偏離點后的算術平均值。

所述的前緣半徑R_q、后緣半徑R_h和最大厚度C_max的理論值與修正值的偏差小于±0.02mm，安裝角α的理論值與修正值的偏差小于±0.04°，弦長b的理論值與修正值的偏差小于±0.03mm。

本發(fā)明涉及上述方法得到的壓氣機葉片，具有準確的在壓氣機工作中的葉型基準坐標，沿展向滿足葉型積疊規(guī)律要求，葉身型面及展向曲率梳與理論值一致，其前緣半徑R_q、后緣半徑R_h和最大厚度C_max的理論值與修正值的偏差小于±0.02mm，安裝角α的理論值與修正值的偏差小于±0.04°，弦長b的理論值與修正值的偏差小于±0.03mm。

技術效果

與現有技術相比，本發(fā)明節(jié)省大量的葉片測量和數據處理費用,極大地縮短了壓氣機葉片反求設計的時間，提高了葉片質量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程示意圖；

圖2為葉身型面示意圖；

圖3為葉身型面積疊示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，本實施例包括以下步驟：

1)選擇測量基準：

1.1)通過葉片位于壓氣機部件中的組件狀態(tài)測量確定x軸。壓氣機的轉子葉片、靜子葉片分為可拆卸和不可拆卸兩種形式。不可拆卸的葉片，如轉子葉片的整體葉盤式，靜子葉片的內外環(huán)整體焊接式。無論是可拆卸葉片還是不可拆卸葉片，都可以采用葉片組件狀態(tài)測量確定x軸。葉片組件的前后端面都是旋轉平面，首先根據組件的結構特點，確定組件的中心線即壓氣機的軸線，測取作為基準的止口的圓度，所述的止口為組件配合的圓柱面，圓度為該圓柱面的形狀公差。沿止口圓周均布不少于10個測量點，記錄圓柱面直徑的測量實際值。測取作基準的前端面或后端面的平面度，平面度為平面的形狀公差，沿圓周均布不少于10個點，記錄平面度的測量實際值。選擇圓度和平面度好的面來確定測量基準x軸，即以止口的圓心和前端面或后端面的法向矢量的連線作為x軸。

1.2)以葉片葉盤在自身離心力作用下的工作狀態(tài)或葉片根截面的質心來確定坐標原點以及z軸。

對于轉子整體葉盤，先粗測三片葉片的根截面葉型，即距葉根圓角相切處上方0.5mm左右的被測截面，需避開根部圓角對葉片型面的影響。以葉片組件前端面或后端面作為測量基準X′，基準X′與x軸的交點即為坐標原點O′。選取測量基準X′上最靠近葉身型面對稱中心的角向基準點，該點與坐標原點O′的連線即為初步確定的z′軸。初步確定z′軸測量坐標系下得到的測量數據，用UG軟件進行處理，得到三個根截面的質心，對質心坐標進行平均，得出平均坐標的質心點。根據質心點的x坐標的平均值來確定坐標原點O，以質心點和原點O的連線作為z軸。

帶榫頭的壓氣機轉子葉片，裝在盤上測量時，需要根據盤上榫槽特點，考慮葉片在自身離心力作用下的工作狀態(tài)，通過在葉片榫頭與輪盤榫槽配合的縫隙處塞插滾棒的方法，合理確定z軸和坐標原點O。

對于壓氣機的靜子葉片，需要根據其特點，確定葉片各被測截面的葉身型面沿葉高的積疊規(guī)律，以質心積疊、以最大厚度積疊、以前后緣積疊或以后緣積疊。最終需要根據確定的積疊規(guī)律合理確定z軸，確定測量基準X，進而確定坐標原點O。

1.3)根據右手定則確定y軸。

2)葉身型面測量：

按照最終確定的測量基準，在高精度三坐標測量機上進行正式的葉片測量。各被測葉片的被測截面應處于統一的測量基準內。考慮到葉型數據處理時采樣越多則越精確，盡可能全部測量壓氣機葉片。被測量樣件應無明顯的燒傷、變形、剝落、碰撞等痕跡。

2.1)確定被測葉片z軸方向上的首端被測截面和末端被測截面位置。

沿z軸取距葉根圓角相切處上方0.5mm左右處，作為被測葉片的第一個被測截面即首端被測截面。轉子葉片沿z軸取距葉尖或與上緣板圓角相切處下方0.5mm處，靜子葉片沿z軸取距葉尖圓角相切處下方0.5mm處，作為被測截面的最后一個截面即末端被測截面。首端和末端被測截面需避開圓角，反映真實葉型，并且此兩個截面為所能測量到的葉型上、下最大實體處的截面，最大實體為葉片的葉身實物。

2.2)從葉片流道的幾何平均半徑處的被測截面等間距向葉根和葉尖設置若干被測截面。平均半徑處的截面為必測的被測截面，從此截面等距離向葉根和葉尖方向分別截取若干截面作為被測截面，被測截面沿葉高基本上按等間距設置，間距取3、6或9mm。所述的被測截面中的葉身型面的測量步長為0.1～0.25mm。

2.3)測量每個被測截面中的葉身型面的葉型參數。如圖2所示，葉型參數包括前緣半徑R_q、后緣半徑R_h、安裝角α、弦長b、最大厚度C_max、質心位置度。質心位置度為實際質心偏離理論質心位置的位移量。

3)對葉型參數初步處理：

3.1)錄入測量數據并擬合葉身型面。所述的葉型參數處理采用UG軟件和Excel表格進行。數據錄入UG軟件時，應嚴格按照原測量數據點，去除離散的奇異點，初步光順時，離實際測量點不大于0.01mm，以真實反映被測葉片的葉身型面。前緣和后緣處R的擬合時，葉盆型線、葉背型線與前緣、后緣處R的的相切控制點以及弦長不得改變。

3.2)計算理論值，并對葉型參數進行修正獲得修正值。對全部的被測葉片的被測截面的各個葉型參數進行統計分析。首先求得各個葉型參數的算術平均值記為“平均1”。計算出均方差和均值差采用正態(tài)分布規(guī)律，去除“平均以外的偏離點。再對剩下的測量數據進行算術平均記為“平均2”即理論值，這是最終設計的基礎數據。找出各葉型參數沿葉高的分布規(guī)律，按此規(guī)律對理論值進行修正得到修正值，修正時前緣半徑R_q、后緣半徑R_h和最大厚度C_max的理論值與修正值的偏差小于±0.02mm，安裝角α的理論值與修正值的偏差小于±0.04°，弦長b的理論值與修正值的偏差小于±0.03mm。沿X、Y方向的質心位置度分析，需對每一個被測葉片單獨比較，確定出X、Y方向的質心位置度誤差范圍。

3.3)對比分析葉盆曲線和葉背曲線的輪廓度。將同一被測截面的葉盆曲線和葉背曲線，采用平移和旋轉的方法，重疊在一起，對比分析輪廓度。所述的輪廓度為實際的葉盆曲線、葉背曲線輪廓偏離理論葉盆曲線、葉背曲線輪廓的法向位移量。

3.4)確定設計的葉身型面的曲率梳。所述的曲率梳為葉身型面的曲率分布顯示。分析所有被測葉片曲線的曲率梳，從中選出眾數，確定最終設計葉身型面的曲率梳。

4)按照積疊規(guī)律積疊：

如圖3所示，按照確定的葉型積疊參數，對每一個葉片沿葉高的分布分別得到規(guī)律圖，合理分析，采用選取眾數的方法確定積疊規(guī)律。對轉子葉片需進行各被測截面質心的軸向和周向位置的對比分析，確定是否進行了氣動彎矩補償。按照確定的積疊規(guī)律，將各葉身型面積疊在一起，允許對偏離的葉身型面進行平移調整。

5)對設計葉片的葉身型面進行光順處理，形成設計葉片實體：

選出一片所有型面參數基本符合修正值的葉片作為設計葉片。對所選葉片各截面，去掉進、出口圓弧后，葉盆型線和葉背型線兩段用最小二乘法光順處理，光順公差原則上不能大于0.02mm；修整完畢并配上相應的進出口圓弧。光順處理時需綜合考慮修正值，同時兼顧葉盆、葉背曲率梳的均勻、光滑連續(xù)過渡，并符合確定的規(guī)律。

所述的葉身型面光順后，形成葉片實體。沿葉高方向按照等弧長或等x截取各截面的葉盆型線和葉背型線各30個點，對應點連線后分析葉高方向的曲率梳，需均勻、光滑連續(xù)過渡，并符合確定的規(guī)律。

6)沿葉高調整曲率梳，并重新對葉身型面進行光順處理，符合設計要求則進行下一步，否則，回到步驟2)：

對于設計葉片最大實體處的葉尖截面和葉根截面，采用偏置外插的方法得到，此兩個外插截面需與被測葉片的實際弦長和最大厚度進行校核。根據需要，在修整完設計葉片的葉型及各截面后，給出尖部、根部以外兩參考截面，供模具設計使用；外插葉身型面必須保證沿葉盆、葉背、葉高的曲率梳均勻、光滑連續(xù)過渡。

7)完成葉型技術條件和設計圖：設計葉片的葉盆型線、葉背型線需基本位于所有被測葉片的型線的中間位置，與所有被測葉片型線的平均值即中間型線的偏差最大不超過±0.05mm。沿葉盆、葉背、葉高的曲率梳需光滑連續(xù)過渡，變化趨勢需與理論值相同。

完成壓氣機葉片的三維實體造型、設計說明和葉型參數數據處理表。錄取處理完畢的葉型參數，使用UG軟件，通過等弧長或等x的方式截取葉身型面坐標數據，讀取坐標點，完成壓氣機葉片葉型技術條件。根據葉片通用的制圖要求，完成設計工作圖。

與現有技術相比，本發(fā)明節(jié)省大量的葉片測量和數據處理費用,極大地縮短了壓氣機葉片反求設計的時間，提高了葉片設計質量?？朔司S度災難，節(jié)省了大量的研發(fā)人力成本，得到準確的理論設計葉片。