[发明专利]航空发动机空心涡轮叶片气膜孔形位参数及孔深预测方法

说明书

航空发动机空心涡轮叶片气膜孔形位参数及孔深预测方法，属于精密制造技术领域。包括以下步骤：1)叶片实际测量模型三维点云原始数据预处理；2)对测量模型数据与设计模型数据进行三维配准；3)将测量截面的二维点云数据进行样条拟合；4)叶片二维型面弯曲、扭转变形分析；5)计算叶片气膜孔设计中心点处收缩变形；6)对叶片二维截面的弯曲、扭转及收缩变形进行补偿，得到叶片气膜孔形位参数及孔深预测结果。补偿航空发动机涡轮空心叶片在铸造成型过程中所发生的弯曲、扭转及收缩变形，对叶片气膜孔中心坐标及孔深实际加工参数进行预测及修正，提高叶片气膜孔实际加工过程中的定位精度，减少叶片气膜孔实际加工过程中背壁损伤程度。

技术领域

本发明属于精密制造技术领域，具体是指一种航空发动机空心涡轮叶片气膜孔形位参数及孔深预测方法。

背景技术

为提高航空发动机空心涡轮叶片热端部件的抗高温蠕变能力，使其能够长期可靠服役在强烈热冲击与复杂循环热应力的工况条件下，必须采用有效的冷却措施；其中气膜冷却技术作为一种提高叶片承温承载能力的有效手段得到广泛应用。气膜冷却是在涡轮叶片的表面轮廓上设计大量孔径约0.1～0.8mm，孔深达3mm以上的微小通孔，利用部件内部释放的冷空气，通过微小孔内对流，在部件表面形成薄层冷气膜以达到隔离高温燃气流保护部件的目的。气膜冷却效率是材料、几何等参数及其耦合作用在高温高压三维非定常流场下的响应，其中，气膜孔分布位置决定冷却气膜的横向覆盖宽度和纵向覆盖长度；因此，确保叶片气膜孔加工成形几何精度对于提高冷却效率与发动机能效至关重要。

在实际涡轮叶片铸造成型过程中，叶片实际凝固冷却过程的体积变化受到外界或其本身制约，冷却收缩受阻而产生热应力应变，最终导致叶片形状产生弯曲、扭转、收缩变形，表现为叶片表面点与其设计模型上对应点之间存在位移偏差，从而导致涡轮叶片设计模型上的气膜孔设计参数与实际加工参数不符，涡轮叶片气膜孔加工精确定位困难，气膜孔孔深测量困难等问题，降低涡轮空心叶片的承温承载能力。

目前，国内较多研究仅停留在涡轮叶片型面分析、气膜孔加工过程误差分析与补偿、涡轮叶片模具反变形设计等领域，而涡轮叶片气膜孔实际加工形位参数预测及孔深预测较少，几为空白。国外，英国罗罗公司、美国通用与普惠公司均已实现高性能气膜冷却空心涡轮叶片的制造，但包括气膜孔加工与测量在内的一些关键技术对我国实行严格的“禁运”。因此，研究航空发动机空心涡轮叶片气膜孔形位参数预测及孔深预测方法，对提高气膜孔加工定位精度，减少打孔背壁损伤，具有重要意义。

发明内容

本发目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种可有效预测涡轮叶片气膜孔实际形位参数及实际孔深，提高轮叶片气膜孔加工定位精度，减少打孔背壁损伤的航空发动机空心涡轮叶片气膜孔形位参数及孔深预测方法。

本发明包括以下步骤：

1)叶片实际测量模型三维点云原始数据预处理；

2)对测量模型数据与设计模型数据进行三维配准；

3)将测量截面的二维点云数据进行样条拟合；

4)叶片二维型面弯曲、扭转变形分析；

5)计算叶片气膜孔设计中心点处收缩变形；

6)对叶片二维截面的弯曲、扭转及收缩变形进行补偿，得到叶片气膜孔形位参数及孔深预测结果。

在步骤1)中，所述预处理的具体步骤可为：

(1)通过点云滤波降噪的方法，滤除对分析计算有影响的噪声点；若存在滤波无法滤除的噪声点，采用人机交互式的点云裁剪方法进行人工滤除。

(2)通过基于曲率的点云简化方法，在叶片轮廓曲率较大的区域进行多采样，在曲率较小的区域进行少采样，以此对三维点云原始数据进行简化，在保证计算精度的前提下提高分析计算效率；