逆向设计技术在涡轮叶片建模中的应用研究.pdf

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1、叶片制造BLADEMANUFACTURING逆向设计技术在涡轮叶片建模中的应用研究ApplicationofReversalDesignTechnologyinModelingBladeofTurbine中国飞行试验研究院 刘韶光 武 鹏 刘学杰 段 明随着材料技术、数字化测量技术、逆向设计技术及流体力学计算技术的不断发展，我国涡轮叶片生产制造领域将会迎来突破性的发展，这对经济的快速发展和国防现代化建设具有重要的意义。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.12.085的，其设计图纸描述十分复杂。统工程，需要涉及制造业的诸多领刘韶光逆向工程是指从

2、实物样件获取域。一般是指以现有的涡轮叶片为工程师，主要研究方向：试验机改产品数学模型、进而开发出同类的先基础，选择合适的三维数字化测量装逆向设计、数字化装配技术。[1]进产品的技术。涡轮叶片的逆向设备（接触式或非接触式）使叶片设计是指在缺乏图纸、三维数模及相的表面数字化，依靠逆向设计软件关资料的基础上，如果需要修复或者（CATIA、Geomagic和Polyworks等）涡轮叶片是涡轮增压器的关键重新生产制造叶片时，可以通过激光构建叶片的外形曲面及CAD模型，部件之一，其外形曲面比较复杂，对扫描设备使叶片的表面数字化，应用根据设计结构进行CFD计算优化外发动机的整体性能有重

3、要的影响。逆向设计技术处理获取的点云数据，形设计，并根据使用要求选择合适的叶片一般通过叶根的隼齿成组安装最终设计出可以应用于生产制造的材料和加工工艺完成涡轮叶片的生在压气机转子的轮毂上。在工作的三维数模。就目前的情况来看，逆向产制造的过程。狭义的涡轮叶片逆过程中，如果某个叶片损伤，可对其设计技术是快速实现涡轮叶片外形向设计过程仅仅指构建涡轮叶片外单独进行置换，保证涡轮增压器的正曲面数字化的主要途径。形曲面CAD模型的过程，如图1所常运转。涡轮叶片中的叶身部位是示。由复杂的曲面组成的，其截面是变化涡轮叶片逆向工程流程测绘规划属于逆向工程的前期的，沿辐射线方向在空间也是扭曲涡轮

4、叶片的逆向工程是一项系流程，规划结果决定了测绘工作的效2015年第12期·航空制造技术85叶片制造BLADEMANUFACTURING测绘规划点云采集数据过滤STL封装数据分块叶冠出气边叶盆曲线曲线CAD模型曲面检测构造曲面构造曲线叶身叶盆曲线气动计算优化设计工艺设计生产制造出气边曲线图1涡轮叶片逆向工程的一般流程叶根率，直接影响着点云的误差。一般来偏差值。如果不符合要求，就需要图2某涡轮叶片外形组成及叶型截面曲线图说，主要是根据被测物体的外形尺调整NURBS（Non-UniformRational寸、结构复杂程度及逆向设计要求确B-Spline）的控制点，直到满足要求，叶

5、片是叶根到叶冠的型线部规则，是[3]定点云采取接触式还是非接触式，测这是一个反复的过程，也需要大量的变截面叶片。绘设备是否需要在不同的站位对零逆向设计经验，所需要的逆向设计技2叶片表面点云数据的采集件进行测绘及激光扫描线的密度等巧很多，需要在实践中根据不同的实本次点云数据的获取采用的设工作。经过分析确定采用非接触式际情况采用相应的曲面构建方法，以备为T-scan，属于非接触式测量方基于激光跟踪仪和Polyworks测量软达到满意的效果。式，也不需要在叶片的表面喷涂显影件的T-scan对该叶片进行扫描，获分块构造的曲面结合后可以生剂或粘贴标示点，其数据采集精度取点云数据。由于

6、叶片尺寸不大，可成CAD模型。如果仅仅是维修、复可以达到20μm。T-scan是一种基以通过翻转叶片两次将整个叶片的制某涡轮叶片，此时就可以进行工艺于激光三角法的非接触式手持激光表面全部数字化，两次采集的数据可设计完成零件的生产制造。如果需扫描测量工具，设备发射的激光光束以通过数据多视拼合得到完整的点要对某一涡轮增压器进行改造设计，通过一个高速旋转的棱镜反射到待云数据。提高其工作效率，就需要以逆向设计扫描的涡轮叶片外形曲面上。激光在测绘的过程中由于测量者手获取的CAD模型为基础，进行CFD光束被涡轮叶片外形表面反射并被持设备的姿态、零件本身的清洁度气动计算，可根据不同的计算

7、结果和T-scan接收。根据叶片反射表面距及环境条件等的影响，会采集到一需求进行优化设计。根据使用环境离的不同，反射到CCD线性传感器些与点云整体偏离值较大的孤立点的要求，选择合适的材料和机械加工的位置也不同。T-scan在扫描过程或噪点，数据过滤就是为了剔除这工艺，完成涡轮叶片的改型优化设计中不会对被测涡轮叶片的外形曲面些与逆向设计无关点。STL封装是制造。这个过程是涡轮叶片逆向工产生影响，其测量精度高、测量速度将采集的离散的点云作为三角形的程的一般流程，具体的实施过程中还快，能满足涡轮叶片外形曲面重构的顶点连接