面向航空發(fā)動機葉片頂端修復的曲面再生算法與誤差分析.pdf

1、在航空發(fā)動機中，葉片是壓縮機和渦輪機的核心組件，苛刻運行環(huán)境造成葉片嚴重磨損、扭曲、裂紋、凹坑等缺陷。由于葉片形狀的微小改變會直接導致航空發(fā)動機的穩(wěn)定運行，缺陷葉片的精密修復就成為航空發(fā)動機保障其高性能的關鍵因素。目前葉片修復工作主要集中在頂端磨損、崩口、葉面磨損等缺陷，其中葉片頂端磨損尤其是扭曲葉片的頂端磨損是急需解決的關鍵。本論文針對扭曲葉片頂端磨損缺陷的修復問題，開展精密修復過程中所需的葉片曲面模型重構(gòu)研究，提出基于遺傳算法的扭曲

2、葉片非磨損域曲面重構(gòu)和基于G2曲面連續(xù)的葉片頂端曲面再生等方法，為葉片修復過程中的精密加工路徑的生成提供相應的曲面模型，解決各自葉片形體精密修復的參考模型構(gòu)建難題，有利于促進資源的再利用和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。本文的主要內(nèi)容包括如下幾個方面:
　　1)較為全面地調(diào)研了航空發(fā)動機葉片修復的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在的難題。航空發(fā)動機葉片修復以葉片頂端磨損缺陷的修復居多，國外對于此類缺陷的直葉片修復已較為成熟，但對于扭曲葉片頂端磨損域的精密修復

3、問題仍然未有很好的解決途徑。由于葉片的制造誤差和使用過程中易發(fā)生變形等原因，使葉片原設計階段的曲面模型不再適用于修復階段，精密重建和再生修復葉片的磨損域曲面模型，成為扭曲葉片修復加工成型的重要環(huán)節(jié)。
　　2)針對葉片頂端磨損域邊界附近的未磨損域曲面模型重構(gòu)問題，提出基于迭代的扭曲葉片未磨損域曲面重構(gòu)方法。該方法首先對截面測量數(shù)據(jù)進行對正處理，推導出閉合B樣條曲線G2連續(xù)的表達式，以此構(gòu)建迭代插值法計算其控制點，擬合出葉片截面輪廓線

4、，并由此構(gòu)建出基于B樣條曲面的葉片未磨損域的曲面模型。重構(gòu)曲面的擬合平均誤差約為0.0325mm。為進一步提高曲面重構(gòu)精度，本文提出基于遺傳算法的扭曲葉片未磨損域曲面重構(gòu)方法。該方法運用遺傳算法進行數(shù)據(jù)點參數(shù)化和節(jié)點矢量的配置，用最小二乘逼近法計算其控制點，無需對測量數(shù)據(jù)進行精簡或施加人為約束，擬合的平均誤差僅為0.003451 mm，擬合精度顯著提高。
　　3)基于葉片未磨損域的曲面重構(gòu)模型，重點研究磨損葉片頂端的曲面模型再生問

5、題，提出基于最小能量法的B樣條曲面再生方法。該方法沿葉片葉高方向，通過B樣條曲線延拓算法延拓出磨損域的對應控制點，構(gòu)建基于最小能量法的節(jié)點矢量，進而再生出磨損域的B樣條曲面模型，同時保證延拓曲面的光順性。通過葉片延拓再生模型與原始葉片模型（保留了磨損域的模型）的截面線誤差比較分析，發(fā)現(xiàn)延拓的曲面模型誤差較大，且隨葉片未磨損域的截面線上測量數(shù)據(jù)點的間距、延拓距離、葉片扭曲度的增加而增加，延拓精度需進一步提高。
　　4)考慮到葉片延拓

6、模型的曲面連續(xù)性要求及控制延拓誤差的問題，提出基于G2曲面連續(xù)的B樣條曲面延拓再生算法。該方法充分考慮到扭曲葉片曲面各橫向截面輪廓線曲率變化較大的特點，確定相鄰B樣條曲面的G0、G1、G2連續(xù)的邊界條件，推導出磨損曲面控制點的求解方法，使各系數(shù)分別由G1、G2連續(xù)性確定，并由一個形狀參數(shù)α1進行調(diào)整。該方法能夠保證延拓曲面的G2連續(xù)，可保證后續(xù)加工路徑的生成，延拓曲面模型的誤差明顯減小。
　　5)在上述算法研究基礎上，開發(fā)出面向修