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1、第24卷第5期机械设计Vol.24No.52007年5月JOURNALOFMACHINEDESIGNMay2007*涡轮叶片曲面的精确重构技术曲巍崴,杜发荣,高峰,周煜(北京航空航天大学汽车工程系,北京100083)摘要:涡轮叶片在航空发动机上有着极其重要的作用,但因其形状复杂,故正向设计周期较长,且精度不易满足要求。采用逆向工程技术,应用Imageware软件对其进行曲面精确重构。提出了点云处理、曲线生成、曲面重构的原则和方法,并研究了修改NURBS曲面的理论基础。关键词:逆向工程;涡轮叶片;精确还原中图分类号:TP311.54文献标识码:A文章编号:1001-
2、2354(2007)05-0034-03涡轮叶片是航空发动机的关键部件之一,其结构对发动机Au等[5]利用NURBS曲线的齐次坐标形式研究了权因子与控的整体性能有决定性影响。为了提高涡轮的效率,涡轮叶片的制顶点对NURBS曲线形状的调控。SanchezReyes[6]研究了单表面形状通常设计成扭曲的变截面曲面,形状复杂,如图1。传个控制点位置与权因子同时变化对曲线形状的影响。张国华统的涡轮叶片设计中,一般是先由总体性能部门设计出所要达等[7]给出了多个权因子同时改变对曲线形状的影响。刘文到的性能指标,然后由结构设计部门进行设计,设计出达到起海[8]等利用NURBS
3、曲面的齐次坐标表示考察了多个权因子和动性能的叶片后,移交强度计算部门进行计算,如果不合格,要控制顶点同时变化对曲面的影响。在文中应用到的曲面修改返回设计部门重新设计,如此循环设计周期很长,浪费人力物方法主要有反插节点、移动控制顶点、重新参数化等,下面介绍力[1]。现在的设计过程一般是由设计部门做出造型,然后做风一下这些方法的理论基础。洞试验,如果满足要求,采用快速成型技术加工出产品,再进行1.2.1反插节点数字化测量,利用逆向软件还原得到数模。假设在u向,要插入新的控制顶点du,它位于控制网格的di,jdi+1,j那条边上,被写成:(1-A)Xi,jdi,j+AX
4、i+1,jdi+1,jdu=(1)(1-A)Xi,j+AXi+1,j由此可得:Xi,jdudi,jA=(2)Xi,jdudi,j+Xi+1,jdudi+1,j图1涡轮叶片曲面这时要被插入的节点是:u=ui+1+A(ui+k+1-ui+1)(3)1理论依据类似地,在v向插入新的控制顶点dv于控制网格的di,jdi,j+1那条边上,将有:1.1曲面的拟合B=Xi,jdvdi,j(4)Xi,jdvdi,j+Xi,j+1dudi,j+1根据参数域选取的不同,可以分为矩形域曲面模型和三角v=vj+1+A(vj+l+1-vj+1)(5)域曲面模型。其中矩形域曲面是用B-spl
5、ine和NURBS等方法若仅在一个参数方向对原始控制网格插入一个新的控制构造曲面,它的形成对数据点的要求较高,不太适合大规模散乱数据点的曲面重建。三角域曲面模型是用三角Bezier曲面顶点,反插节点的结果将使该参数方向每排顶点都增加一个。片组成三角网格模型,具有构造灵活,边界适应性好的特点,对在u向和v向分别同时插入新控制顶点du与dv的结果,每个参复杂边界形状曲面的拟合有较大的灵活性。逆向工程软件数方向每排顶点都增加一个。(Surfacer,Geomagicstudio)采用NURBS或者三角域曲面造1.2.2移动控制顶点型,CAD/CAM软件(CATIA,Un
6、iGraphics)采用B样条方法或在曲面修改过程中,移动控制点是必不可少的一项操作。[2]NURBS方法进行造型。陈志杨等人提出将三角曲面利用分例如,在给定的一个k@l次NURBS曲面上,欲将参数为u与v割技术构造成若干块四边形的Coons曲面,再将Coons曲面通的一点p沿着方向矢量c移动距离s达到新点p*,则控制顶点过转换成NURBS曲面,从而实现散乱点模型的一般化处理。di,j将移至d*i,j,即有:1.2曲面修改p*=p+AcRi,k;j,l(u,v)(6)通过NURBS曲面的定义,可知修改曲面的形状有3种途由此可得:径:(1)改变节点矢量;(2)移动控
7、制顶点;(3)改变权因子。皮s[3,4]A=
8、c
9、R(7)格尔提出用控制顶点与权因子修改NURBS曲面的形状。i,k;j,l(u,v)*收稿日期:2006-10-01;修订日期:2006-12-20作者简介:曲巍崴(1981-),女,黑龙江佳木斯人,博士研究生,主要研究方向:逆向工程,CAD/CAM等。2007年5月曲巍崴,等:涡轮叶片曲面的精确重构技术35*则新的控制顶点di,j为:曲面的品质。d*i,j=di,j+Ac(8)1.2.3修改权因子PieglL给出了权因子的几何意义,并给出了修改权因子来[3,4]修改曲面的方法。同样利用齐次坐标的形式得到的结论与皮
10、格尔的相同
