一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法技术

本发明专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，属于航空发动机叶片评价领域。本发明专利技术实现方法为：基于坐标测量得到的叶片等高截面点云数据，进行前缘、叶盆、叶背和后缘的划分和样条曲线插值。建立叶片前、后缘曲线弧长曲率模型，并进行平滑滤波和归一化处理。根据相应曲率特征，判断前后缘形状是否为缩颈、平头、尖边和圆弧。计算前、后缘部分多个偏置距离叶盆、叶背方向单向厚度，根据特征指标(最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数阈值)判断前后缘形状是否为削边。综合以上两点判断叶片前后缘的实际形状。本发明专利技术具有曲线形状判断效率高、重复性好的优点。

A Digital Evaluation Method for the Front and Rear Edge Shape of Aeroengine Blades

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法
本专利技术属于航空发动机叶片评价领域,具体涉及一种航空发动机叶片前、后缘形状的自动判断方法。
技术介绍
叶片前后缘的几何参数对叶片的气动性能具有重要影响，尤其是叶片的前缘形状。理论上叶片前后缘形状设计为圆弧或者椭圆弧，但由于叶片的加工工艺误差，往往导致叶片前后缘为非理想的圆弧状态。HB5647-98《叶片叶型的标注、公差与叶身表面粗糙度》标准明确规定了叶片的前后缘不允许出现削边、尖边、缩颈和平头等不合格加工工艺形状。因此，叶片前后缘形状的评价是叶片质量保障中的重要环节之一。但现有的商用的叶片参数评价软件，仅能够对叶片的弦长、最大厚度、轮廓度等参数进行合格性判定，无法给出前后缘形状的判定结果。现有叶片前后缘形状的评价是基于叶片不合格工艺标准图样，利用叶型前后缘形状的局部放大图，通过目视判断，确定叶片前后缘形状是否合格。这种判断因局部放大标准不唯一，导致主观因素影响大，效率低，重复性差，不能满足叶片批量大、检测截面多的需求。
技术实现思路
为解决现有采用人工目视方法进行叶片前后缘形状判定存在的问题，本专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法目的是：实现自动判断航空发动机叶片前后缘形状，具有效率高、重复性好的优点，能满足叶片批量大、检测截面多的检测需求。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，基于坐标测量得到的叶片等高截面点云数据，进行前缘、叶盆、叶背和后缘的划分和样条曲线插值。建立叶片前、后缘曲线弧长曲率模型，并进行平滑滤波和归一化处理。根据相应曲率特征，判断前后缘形状是否为缩颈、平头、尖边和圆弧。计算前、后缘部分多个偏置距离叶盆、叶背方向单向厚度，根据特征指标(最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数阈值)判断前后缘形状是否为削边。综合以上两点判断叶片前后缘的实际形状。本专利技术具有曲线形状判断效率高、重复性好的优点。本专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，包括以下步骤：步骤1：根据叶片理论将所测得叶片截面离散点云数据，分割为前缘部分、叶背部分、后缘部分和叶盆部分。步骤2:使用N次B样条插值算法分别重构叶盆、叶背、前缘和后缘曲线。步骤3：根据曲线曲率定义，建立叶片前、后缘部分弧长曲率模型，计算叶片前、后缘部分曲线曲率。步骤4：对前、后缘的弧长曲率模型进行平滑滤波和归一化处理。步骤5：如果曲率中间部分图像有负的谷值，根据谷的宽度和谷值阈值，对前、后缘是否为缩颈形状做出判断。步骤6：判断曲率中间部分图像是否为峰谷峰形状，如果是，计算峰谷峰包络面积，根据面积阈值，对前、后缘是否为平头形状做出判断。步骤7：如果曲率图像只有一个主峰，提取主峰的峰值和峰宽度，根据峰值和峰宽度阈值，初步判定前后缘为尖边或者削边形状。步骤8：根据叶盆叶背曲线，计算叶盆叶背中弧线端点处切线与在前后缘圆心处切线的夹角。步骤9：利用叶盆叶背中弧线端点处切线与在前后缘圆心处切线的夹角大小，完成叶片前、后缘中弧线的修正计算，确保前后缘处实际中弧线是在叶盆叶背中弧线端点处按切线方向延长与前后缘相交的线。步骤10：分别以叶片前、后缘和中弧线交点为中心，计算多个指定偏置距离处的单向厚度，计算最大厚度偏差、最大厚度偏差比值，计算偏置距离和对应厚度偏差的指数曲线拟合系数，根据最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数阈值判断前后缘是否为削边形状；步骤11：缩颈、平头、尖边的曲率特征和削边形状的厚度特征指标阈值利用已有叶片测量数据的统计分析确定。步骤12：根据步骤5、6、7和10分析结果，判定叶片前、后缘的形状：缩颈、平头、尖边、削边或者是圆弧。还包括步骤13：应用所述一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，实现自动判断航空发动机叶片前后缘形状，满足叶片批量大、检测截面多的检测技术需求，解决相关工程技术问题。有益效果：1、本专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，采用基于曲率特征和厚度特征结合法，相比于单曲率或单厚度特征判定形状的方法，实现叶片前后缘形状的分类要细化得多，进而提升航空发动机叶片前后缘形状判断的准确性。2、本专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状评价方法，采用数学算法代替目视判断，相比于依据叶片前后缘形状图样进行人工判断的方法，实现前后缘工艺形状检测的效率要高，重复性好，进而提升航空发动机叶片前后缘形状评价结果的一致性。附图说明图1：本专利技术公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法流程图图2：缩颈、平头、削边、尖边等叶片前后缘不合格工艺形状图3：缩颈形状对应的负曲率特征图4：平头形状对应的峰谷峰曲率特征图5：尖边和削边形状对应的单峰特征图6：理想圆弧形状对应的曲率图像图7：前后缘中弧线的修正图8：多个指定偏置距离的前后缘单向厚度具体实施方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实例对
技术实现思路
做进一步说明。实施例1：如图1所示，本实例公开的一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，具体实现步骤如下：步骤1：对于某一航空发动机叶片实测点云数据，连接截面最长弦，截取最长弦两端各4％作为前、后缘部分。步骤2：根据叶片理论，将所得叶片等高截面前、后缘离散点重建为前、后缘曲线。对前、后缘离散点数据，计算各点弧长，按照如下公式得到曲线：控制点为V0，V1，V2，…，Vn的3次B样条插值，Vi和Vi+1点间参数化曲线方程为：其中Vi(x),Vi(y)为点Vi的x，y坐标，t为弧长参数；步骤3：根据曲线理论，计算前、后缘部分曲率，瞬时曲率K计算公式为：其中：α表示倾角，s表示弦长，x表示横向坐标，y表示纵向坐标。根据步骤3计算结果得到弧长-曲率图像。步骤4：使用移动平均值算法对曲率进行平滑滤波,将弧长除以总弧长得到归一化的横轴坐标。步骤5：如果曲率中间部分图像有负的谷值，根据谷的宽度和谷值阈值对前、后缘是否为缩颈形状做出判断。步骤6：判断曲率中间部分图像是否为峰谷峰形状，如果是，提取曲率中间部分峰谷峰形状，计算其面积，面积公式式中(x1，y1)，(x2，y2)为峰顶点坐标，(x3，y3)为谷底点坐标根据面积相对于平头面积阈值偏差情况，对前、后缘是否为平头形状进行判断。步骤7：如果曲率图像只有一个主峰，提取主峰的峰值和峰宽度，如果大于峰值和峰宽度阈值，初步判定前后缘为尖边或者削边形状。步骤8：基于等距线法计算叶片叶盆、叶背的中弧线。步骤9：基于最小二乘算法，获取前、后缘最佳拟合圆的圆心。计算圆心相对于叶盆、背中弧线的偏置情况。若不偏离，则中弧线在前后缘圆心处按中弧线切线方向延长，若偏离，则对前后缘处中弧线进行修正，前后缘中弧线是在中弧线端点处按切线方向延长。步骤10：分别以叶片前、后缘和中弧线交点为中心，计算多个指定偏置距离处的单向厚度，计算最大厚度偏差、最大厚度偏差比值，计算偏置距离和对应厚度偏差的指数曲线拟合系数，如果三项指标实测值均大于最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数削边形状阈值，则前后缘为削边形状；如果三项指标实测值均小于最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数圆弧形状阈值，则前后缘为圆弧形状；否则，前后缘为尖边形状。步骤10：根据步骤5、6、7和10分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1：根据叶片理论将所测得叶片截面离散点云数据，分割为前缘部分、叶背部分、后缘部分和叶盆部分；步骤2:使用N次B样条插值算法分别重构叶盆、叶背、前缘和后缘曲线；步骤3：根据曲线曲率定义，建立叶片前、后缘部分弧长曲率模型，并计算叶片前、后缘部分曲线曲率；步骤4：对前、后缘的弧长曲率模型进行平滑滤波和归一化处理；步骤5：如果曲率中间部分图像有负的谷值，根据谷的宽度和谷值阈值，对前、后缘是否为缩颈形状做出判断；步骤6：判断曲率中间部分图像是否为峰谷峰形状，如果是，计算峰谷峰包络面积，根据面积阈值，对前、后缘是否为平头形状做出判断；步骤7：如果曲率图像只有一个主峰，提取主峰的峰值和峰宽度，根据峰值和峰宽度阈值，初步判定前后缘为尖边或者削边形状；步骤8：根据叶盆叶背曲线，计算叶盆叶背中弧线端点处切线与在前后缘圆心处切线的夹角；步骤9：利用叶盆叶背中弧线端点处切线与在前后缘圆心处切线的夹角大小，完成叶片前、后缘中弧线的修正计算，确保前后缘处实际中弧线是在叶盆叶背中弧线端点处按切线方向延长与前后缘相交的线；步骤10：分别以叶片前、后缘和中弧线交点为中心，计算多个指定偏置距离处的单向厚度，计算最大厚度偏差、最大厚度偏差比值，计算偏置距离和对应厚度偏差的指数曲线拟合系数，根据最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数阈值判断前后缘是否为削边形状；步骤11：缩颈、平头、尖边的曲率特征和削边形状的厚度特征指标阈值利用已有叶片测量数据的统计分析确定；步骤12：根据步骤5、6、7和10分析结果，判定叶片前、后缘的形状：缩颈、平头、尖边、削边或者是圆弧，即实现自动判断航空发动机叶片前后缘形状。...

【技术特征摘要】
2018.12.11 CN 20181150894061.一种航空发动机叶片前后缘形状数字化评价方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1：根据叶片理论将所测得叶片截面离散点云数据，分割为前缘部分、叶背部分、后缘部分和叶盆部分；步骤2:使用N次B样条插值算法分别重构叶盆、叶背、前缘和后缘曲线；步骤3：根据曲线曲率定义，建立叶片前、后缘部分弧长曲率模型，并计算叶片前、后缘部分曲线曲率；步骤4：对前、后缘的弧长曲率模型进行平滑滤波和归一化处理；步骤5：如果曲率中间部分图像有负的谷值，根据谷的宽度和谷值阈值，对前、后缘是否为缩颈形状做出判断；步骤6：判断曲率中间部分图像是否为峰谷峰形状，如果是，计算峰谷峰包络面积，根据面积阈值，对前、后缘是否为平头形状做出判断；步骤7：如果曲率图像只有一个主峰，提取主峰的峰值和峰宽度，根据峰值和峰宽度阈值，初步判定前后缘为尖边或者削边形状；步骤8：根据叶盆叶背曲线，计算叶盆叶背中弧线端点处切线与在前后缘圆心处切线的夹角；步骤9：利用叶盆叶背中弧线端点处切线与在前后缘圆心处切线的夹角大小，完成叶片前、后缘中弧线的修正计算，确保前后缘处实际中弧线是在叶盆叶背中弧线端点处按切线方向延长与前后缘相交的线；步骤10：分别以叶片前、后缘和中弧线交点为中心，计算多个指定偏置距离处的单向厚度，计算最大厚度偏差、最大厚度偏差比值，计算偏置距离和对应厚度偏差的指数曲线拟合系数，根据最大厚度偏差、最大厚度偏差比值和指数曲线拟合系数阈值判断前后缘是否为削边形状；步骤11：缩颈、平头、尖边的曲率特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小妹，曹斌，徐永，王一璋，刘峻峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11