航空发动机叶片的型面质量测量方法对比
西安交通大学科技成果——叶片型面精密测量
西安交通大学科技成果——叶片型面精密测量
成果简介叶片是航空发动机的关键零件，其需求数量巨大，叶片的几何形状和尺寸决定着叶片的工作性能。
叶片的型面质量对发动机的二次流损耗有着较大的影响，直接影响着其能量转换效率。
随着发动机性能的不断提升，如何高效制造出合格的叶片成为目前的一个研究热点，而检测是保证制造精度的重要手段。
因此在发动机零部件的检测中，对叶片型面检测精度和检测效率的要求也越来越高，叶片型面的检测具有十分重要的意义。
目前国内对于航空发动机叶片的检测仍然以标准样板检测为主要手段，但此方式检测效率较低，远无法满足生产周期的要求。
本项目采用数字化检测方式，根据设计将叶片表面的形状转换为离散的几何点坐标数值，可以接触式和非接触式两种方式进行。
接触式的以扫描测头实现沿着叶片叶身型面的连续扫描测量，具有数据测量精度高的特点。
该测量方式具有测量速度快、分辨率高的特点。
通过以上所采集的数据可以高效准确的完成叶片复杂曲面的建模，最后完成误差结果分析。
随着C919国产大飞机的试飞成功，国际上形成了以Airbus、Boeing、COMAC为代表的国际市场竞争新局面。
国产大飞机的发展前景良好，将会逐步形成我国的民机产业。
航空发动机是飞机的心脏也是飞机制造中的难点，其中航空发动机的叶片在航空发动机的制造中占据了约30%的比重。
航空发动机叶片的制造与检测对于保证航空发动机的质量有着重要的意义，有着良好的市场前景。
航空发动机叶片型面测具设计制造精度分析
结语 主要是 对航 空发 动机 叶片 上 的型线 进行 检 测 ，其 中 ，所使 用 的检测 样板 就是 根据 航 的定位 。在 进行 叶片 测量 时 ，需 要 将叶 片 在进 行航 空发 动机 叶片测 具 中 ，通过 空发动 机 叶片 上设计 理论 型线 完 成设 计 与 按 照其 质量 的 中心线 进行 水平 的安装 ，因 采 用叶 片榫 头为测 量 的基准 ，从 而将 对 于
面测 量 工作 。通过 使 用此种 方 法可 以将 空 间型 面的测 量转 换 为二 维平 面测量 ，从 而 大 大简化 了叶 片型 面的测 量难 度 。本 文将 就如 何做 好航 空发 动机 叶片 型面 测具 的设计 及使 用进行 介 绍 。 关键 词 ：航 空发 动机 ；叶片 型面 ；测具 ；型 面测 量
一
文献标 识码 ：Ａ 测量 ，因此对 于航 空发 动机 叶片测 具 的精 样 板沿 着平 台推 入到 相应 的截 面 ，并使 得 度提 供 了更 高 的要 求 。在进行 航 空发动 机 样 板定 位侧 面 与梳板 销平 面进 行紧 密 的贴 叶片 测具 的制 造过 程 中 ，需要 尽量 制造 出 合 ，所 测量 得 到的航 空发 动机 叶 片型 面的
作。 ２航 空发 动机 叶片 型面 的样 板检 测法
底 座相互 配合 而组装成 完整 的测具 。
中的注 意事项
了便 于数 据处 理通 常是 对所 获得 型面 误差 标 注形式 ，且 核心 都是 以理 想 型线为 测具
３ ． １航 空 发动 机 叶片 测具 体设 计 制造 值 的角度 进行 考虑 的 ，但 是 无论 采用何 种
盈 匿慰 圜圈
高 新 技 术
航 空发 动机 叶片型 面测具设 计制造精 度分析
三坐标测量机在航空发动机叶片型面检测中的应用探析
三坐标测量机在航空发动机叶片型面检测中的应用探析本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！1、前言航空发动机工业是制造业的精华，综合了多学科的成果，技术难度大，研制周期长，耗资多，标志着一个国家的科技水平和国防实力。
叶片是航空发动机的“心脏”部件，直接决定了发动机的性能、安全和寿命。
由于叶片加工质量对飞行安全的重要性尤甚，因此对其品质的检测较其他机械零部件要严格复杂的多。
叶片的几何形状和尺寸决定了叶片的工作性能，而叶片的型面质量直接影响发动机能量转换的效率。
因此在发动机零部件检测中，叶片型面的检测具有十分重要的意义。
在航空发动机叶片检测领域，目前应用最广泛的就是利用接触式三坐标通过二维扫描的方法对叶片型面进行检测。
2、三坐标测量机在叶型检测中的应用三坐标测量机工作原理三坐标测量机是在机械零部件尺寸和行为公差检测中应用最多的测量设备。
它是通过探针在工件上打点或扫描等接触式测量方法对所要测量的元素进行数据采集，然后通过软件计算拟合成所要测量的元素，并最终求出结果。
三坐标测量机的特点是速度快、精度高、稳定性强、测量方法多样化以及强大的软件处理能力。
三坐标测量机测量叶型的具体方法本文举例对某型号发动机风扇转子叶片进行测量，测量采用精度达到(+L/350) um的高精度三坐标测量机。
该风扇叶片是目前所有型号叶片中尺寸最大、扭转最大，加工和叶型检测难度最大的叶片。
其中沿叶片积叠轴方向倾斜角最大处的法线与型面的夹角最大达到20。
下面就以该叶片为例，谈谈三坐标测量机检测叶片型面的方法和遇到的问题。
准备工作首先根据叶片的形状和大小，把叶片装夹在合适的位置，使得在测量过程中探针可测得所有的被测元素，并且探头不会在测量过程中超出边界。
然后根据所有被测元素的位置，准备不同大小和不同角度的探针，并对每个探针进行校准。
其中测量同一型面的不同角度的探针大小必须一致，本文采用的所有探针直径都为1m m。
航空发动机叶片检测验收技术
叶片材料性能检测
硬度检测
通过硬度计测量叶片材料的硬度，评估材料的机械性能和耐 磨性。
拉伸检测
通过拉伸试验机测量叶片材料的拉伸强度、延伸率等力学性 能参数，评估材料的力学性能和可靠性。
03
验收标准与流程
叶片外观验收标准
叶片表面应光滑、无 划痕、无裂纹、无气 孔等缺陷。
叶片的涂层应均匀， 无明显色差或剥落现 象。
叶片维修过程中的检测应用
叶片损伤评估
通过目视检查、敲击检测和振动 分析等方法，对叶片的损伤程度 进行评估，确定是否需要维修或
更换。
叶片修复质量检测
对经过修复的叶片，采用与生产过 程中类似的检测方法，对修复质量 进行检测，确保叶片能够恢复到原 始性能。
叶片性能测试
在维修后，对叶片进行性能测试， 包括耐久性、稳定性和冷却性能等 ，确保叶片满足使用要求。
叶片检测的重要性
确保叶片的质量和可靠性，防止因叶 片故障导致的航空事故。
通过检测验收，可及时发现并处理叶 片生产中的质量问题，提高生产效率 和产品质量。
02
叶片检测技术
无损检测技术
超声检测
利用超声波在叶片材料中的传播特性 ，检测叶片内部和表面的缺陷，具有 非破坏性、高精度和灵敏度高的特点 。
磁粉检测
3
叶片材料的机械性能，如抗拉强度、冲击韧性等 应满足使用要求。
叶片功能性验收
叶片在发动机上的安装应牢固，无松 动现象。
叶片的冷却性能、气动性能等应符合 设计要求。
叶片的动平衡性能应良好，无明显振 动或异常声音。
04
叶片检测设备与工具
无损检测设备
超声波检测仪
利用超声波在物体中的传播和反射，检测叶片内 部和表面的缺陷。
航空发动机叶片粗糙度测量方法研究
航空发动机叶片粗糙度测量方法研究张学仪，何小妹*，王一璋，马鹏谋（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）摘要：航空发动机叶片表面弯扭大，加工过程中难以保证表面粗糙度一致。
针对现阶段粗糙度测量方法在测量叶片时缺少测量位置和方向的定义，导致测得的粗糙度值无法判定叶片粗糙度合格性的问题，开展了叶片粗糙度测量方法研究。
基于叶片实测截面数据，利用坐标测量机上搭载的粗糙度测头，通过对不同类型的叶片进行多位置多方向的粗糙度测量实验，分析不同位置、不同方向的粗糙度测量结果差异，得到了叶片粗糙度测量方法。
本方法将叶片粗糙度与叶片型面相关联，解决了叶片粗糙度的测量位置和测量方向缺乏规范的问题。
研究结果对准确、有效、规范地评估叶片表面质量的合格性具有重要意义。
关键词：计量学；发动机叶片；粗糙度；坐标测量机中图分类号：TB92；V232.4 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）02-0035-09 Research on measurement method of aeroengine blade roughnessZHANG Xueyi, HE Xiaomei*, WANG Yizhang, MA Pengmou(Changcheng Institute of Metrology & Measurement， Beijing 100095， China)Abstract: The surface of aero⁃engine blades has large bending and torsion, and it is difficult to ensure consistent sur⁃face roughness during machining. In view of the lack of definitions of measuring position and direction in the current roughness measurement method when measuring blades, which leads to the problem that the measured roughness value cannot determine the eligibility of blade roughness, the research on blade roughness measurement method is carried out. Based on the measured section data of blades, using the roughness probe carried on the CMM, the blade roughness mea⁃surement method is obtained by carrying out multi⁃position and multi⁃direction roughness measurement experiments on different types of blades and analyzing the difference of the roughness measurement results in different positions and di⁃rections. This method associates the blade roughness with the blade profile, and solves the problem that the measurement position and direction of blade roughness are not standardized. The research results are of great significance to accurately and effectively evaluate the qualification of blade surface quality.Key words: metrology; engine blade; roughness; coordinate measuring machine0 引言叶片是航空发动机中非常关键的一类典型零件，具有种类多、数量大、型面复杂、几何精度要求高等特点［1-2］。
航空发动机压气机叶片型面检测技术
中，控制系统采用上控机，以ＴＲ００８
数控系统平台为基础进行开发，实现
了测量仪的运动控制、数据采集、光
栅准确计数等功能。ＴＲ００８是清华 大学精仪系制造工程研究所正存开 发和完善的普及型数控系统平台，其 软件争郜由ｃ程序设计语言实现。 处理系统采用ＰＣ机，以基于Ｗｉｎ一 ｄｏｗｓ系统的ＭＡＴＬＡＢ作为软件开 发１二具，以实现测量数据的处理、曲 线拟合造型、参数辨识等功能。两台 不同系统计算机之间的数据传输采 用了建立无盘工作站的方法来实现，
３陈凯云，叶佩青，俞学兰，等·航空压
主嚣！盖ｉ雷：：型苎ｉ竺研究·仪器仪表
４张国雄．三坐标测量机．天津：天津 大学出版社，１９９９．１１３～１１７（责编晓霸）
４８航牵翩造技术·２００７年第１ｌ期
万方数据
青海大学机械系 清华大学精仪系
俞学兰 叶佩青
叶片是关系到发动机性能的高负荷零件。严格控制叶 片的制造质量，是叶片制造中的关键问题。因此，叶片的检 测技术非常重要，在叶片制造的总工作量中叶片检测工作 量占相当大的ＥＥ例。
俞学兰 硕士。青海大学机械系讲师，主
要研究方向为数控加工。
叶片是关系到发动机性能的高 负荷零件。严格控制叶片的制造质 量，是叶片制造中的关键问题。因此， 叶片的检测技术：｛｝常重要，在叶片制 造的总工作量中叶片检测工作量占 相当大的比例“１。
即为理想标准叶片； 失真或无法计算的现象，而激光测量
制造误差很小时即 仪ｎ Ｊ以真实地反映叶片边缘的形状。
为样板叶片，此时制 表２从测量的精度、速度以及可靠性
圈３二维图形显示界面
造误差对测量结果 等方面将四坐标激光测量仪与三坐
的影响不明显。在 标测量机两种测量方式进行叶片测
密转台，配合非接触式激光测头进行 试验巾选用某型样板叶片对测量结 量的结果进行了比较。
航空发动机叶片运行质量监测及分析研究
航空发动机叶片运行质量监测及分析研究摘要：叶片作为航空发动机的关键组件，其运行环境恶劣，损耗快、故障率高、造成连带后果严重。
本文通过对叶片运行质量进行监测，结合叶片故障特征征兆，分析叶片运行质量，对叶片的健康水平进行评估，对叶片可能发生的运行质量问题进行早期预警，对故障叶片进行原因分析并提出维护建议。
关键词：航空发动机；叶片；运行质量；监测分析0 航空发动机叶片运行质量监测及分析的重要性转子叶片结构不仅广泛的应用于民用航空、船舶运输业的发动机领域，同时在军事应用领域中，更是作为高性能战斗机、驱逐舰、甚至大型航母的核心动力装备，逐渐展现出舍我其谁的经济价值、军事价值、政治价值及社会价值。
作为一种运行功率大、占地体积小、安装作业量小、能源利用效率高、排放气体污染小等优势于一身的高新设备，航空发动机部件精密、构造复杂、生产工况要求高、维修自愈性能低，这些特点决定了航空发动机是一种故障频发的设备，对于航空发动机各部分运行质量的监测及分析是尤为重要的。
作为其核心元件的叶轮及叶片，更是决定着航空发动机能否高效、安全、可靠运行的重中之重[1-3]。
国际上对于叶片运行质量的研究领域投入很大关注，美国军方估算每年有一笔1000万美元的专项资金用于监测和维修航空发动机叶片的典型故障-高周疲劳等故障问题。
随着航空发动机朝着更高的温度、压力比要求发展，叶片运行质量问题，特别是在热端部件的叶片质量问题变得更加频繁。
叶片运行质量对航发健康运行的有着至关重要的意义[4]。
1 航空发动机叶片运行质量监测技术目前，对叶片运行质量的监测主要分为叶尖间隙值及叶片振动参数。
其中，叶尖间隙值的变化可以针对性的反映诸多叶片故障，对于叶片萌生裂纹、叶尖碰磨等故障的早期阶段具有特征预警，同时可以进行故障位置的定位；叶片振动参数如：振动幅值、激振频率，转速频率，共振区域，最大振幅，激振倍频等可以分析叶片在振动状态下的应力应变，对叶片裂纹的萌生起到预警作用。
航空发动机叶片型面测量方法评述
航空发动机叶片型面测量方法评述航空发动机叶片型面测量是指对航空发动机叶片的曲面形状进行测量和评估的过程。
发动机叶片是发动机中最重要的组成部分之一，其曲面形状的精度和几何参数的精确度直接影响着发动机的性能和效率。
因此，对叶片形状的测量和评估非常重要，可以帮助制造商和运营商确保叶片符合设计要求，并作出相应的调整。
1.光学测量法：光学测量法是一种非接触式的测量方法，可以实现高精度和高精度的叶片形状测量。
常用的光学测量方法包括激光干涉法、摄像测量法和相位移法等。
这些方法需要使用专用的光学仪器和设备，通过光束的传播和反射来获取叶片表面形状的数据。
然后，通过数据处理和分析，可以得到叶片的曲率半径、几何参数等信息。
2.接触测量法：接触测量法是一种通过接触式测量设备对叶片进行测量的方法。
常用的接触测量设备包括坐标测量机、扫描仪和测头等。
这些设备可以通过机械接触来获取叶片曲面的数据，并将其转换为数字信号进行处理和分析。
接触测量法具有测量精度高、适用范围广的特点，但需要与叶片接触，有一定的操作难度和风险。
3.比较测量法：比较测量法是一种通过比较不同叶片样本的形状来评估叶片的方法。
常用的比较测量方法包括光学投影仪、光栅测量法和在叶片上粘贴测量栅的方法等。
这些方法可以将叶片形状的数据与已知的参考数据进行比较，从而评估叶片的几何参数和形状是否满足要求。
比较测量法具有简单易行和成本较低的特点，但需要准备参考样本，并且测量结果的准确性受到参考样本的限制。
另外，随着航空发动机叶片制造技术的不断发展，还出现了一些新的测量方法和技术，如三维打印和数字成像等。
这些新方法和技术可以更加准确和高效地测量叶片的形状，并且可以实现对叶片形状的实时监测和反馈控制。
然而，这些新方法和技术的应用还存在一些挑战，如设备成本高、数据处理复杂等。
总的来说，航空发动机叶片型面测量方法的选择应根据具体的要求和条件来确定。
在选择合适的测量方法时，需要考虑叶片的几何参数、形状复杂度、测量精度和成本效益等因素。
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航空发动机叶片的型面质量测量方法对比
作者：李进
来源：《中国新技术新产品》2015年第18期
摘要：航空工业是一个国家的工业之花，其中航空发动机又是其中的核心。
在航空发动机的制造过程中，叶片又是航空发动机总体三大部分中压气机中较难制造的部分，其制造的精度以及其型面质量都会对发动机的性能造成严重的影响，以及对航空发动机叶片的检测也提出了较为严峻的考验。
现今对于航空发动机叶片型面质量的检测方法众多，不同的检测方法具有不同的适用情况，在航空发动机叶片的检测精度以及测量能力等方面都有着不同的特性。
本文将在对比分析的基础上提出航空发动机叶片型面测量技术的发展趋势。
关键词：航空发动机叶片；型面检测；测量精度
中图分类号：TH542 文献标识码：A
在航空发动机的制造过程中，叶片是其中较为重要的组件，其型面复杂且尺寸跨度较大，且在运行的过程中会受到较为严重的外力，从而使得其的工作情况较为恶劣。
其中，航空发动机叶片的几何形状与其尺寸对于其工作性能有着重要的影响，而航空发动机叶片的型面质量则对二次流损耗有着十分重要影响，从而影响着发动机的工作性能。
在现今的航空发动机发展过程中，对于发动机的效率提出了更高的要求，从而对航空发动机叶片的型面质量的检测精度与检测效率提出了更高的要求。
本文将对现今航空发动机叶片的型面质量检测所采用的方法进行对比分析。
1 航空发动机叶片的型面质量检测内容及方法
航空发动机叶片的型面质量的检测主要是对叶片型面的轮廓的几何尺寸（如叶型厚度、叶型弯扭以及叶片的前后缘位置等）进行检测。
以往采用的主要测量方法主要有：标准样板法、自动绘图测量法以及坐标测量法等。
同时随着科技的发展以及高新技术在航空发动机叶片的型面质量测量中的应用，为航空发动机叶片的型面质量的测量带来了新的方法如机器视觉测量法以及四坐标激光测量法和激光扫描测量法等。
2 航空发动机叶片的型面质量测量方法对比分析
2.1 标准样板法。
标准样板法是较早应用于航空发动机叶片的型面质量测量的方法，此种方法采用的原理主要是通过将标准样板与实际需要检测的叶片在相应的检测载面上相互靠近，同时采用照明灯光进行光照照射，并根据样板与待检叶片之间的漏光缝隙的大小来检测航空发动机叶片型面对应型线的误差，采用此种方法最主要的就是需要航空发动机叶片中的理论型线设计并制造相应的型线母板量具。
采用此种方法能够较快的完成对于航空发动机叶片的型面质量的检测，具有检测速度快且操作方便等特点，因此在航空发动机叶片的加工制造过程中被广
为使用，但其不足的是此种方法仅能定性的检测航空发动机叶片的型面质量，同时在使用此种方法检测的过程中一个量具仅对应着航空发动机叶片相应截面中的一条型线，要完成对于航空发动机叶片的型面质量的测量需要针对不同的型线采用多组量具，从而造成此种方法的检测成本较高。
2.2 自动绘图测量法。
相较于标准样板法，自动绘图测量法是一种检测精度较高的方法，此种方法采用的原理主要是依靠将待测叶片安装到转盘中，依靠测轮与叶片之间所保持的一个相对较为固定的高压放电间隙来对叶片的型面数据进行测量，并将测量后所得数据绘制到图纸上，通过对图纸上的叶片型线的实际轮廓放大图进行测量即可得较为准确的数据。
此种方法的不足之处是用于航空发动机叶片的型面质量测量的机器体积庞大其测速较慢，无法适应于对于叶片的批量测量，因此多适用于零件的抽检操作。
2.3 光学投影测量。
此种方法的原理是通过采用上下两组处于同一平面的光源分别对叶片截面上的叶盆和叶背进行照射并产生散射，并依靠镜头对这些散射的光源进行收集，从而在投影屏上产生该截面处的轮廓投影，通过对投影的测量即可得到相应的数据。
采用此种方法多用于对于航空发动机叶片的型面质量的定性测量，且便于操作，但检测效率较低，同时，采用此种方法会受到较多的客观因素的影响，从而影响测量的精度。
2.4 电感测量法。
采用电感测量法能够对航空发动机叶片的形状误差、角度误差等进行精确、高效的测量。
此种方法的测量原理是通过将航空发动机叶片分为多个待测的截面，并使得每个截面对应于一组电感传感器，从而使得传感器对应于被测截面上的一个点。
在测量之初需要在待测型面的叶片处预先设置机组传感器的位置和测量的方向，同时先进行叶片位置的对零。
进行测量时，传感器靠近叶片并测量数据并与标准叶片的数据进行比对后得出相应的偏差值。
采用此种方法进行叶片型面质量的测量具有测量效率以测量精度较高的特点，同时对于周边测量环境的要求较低，可以适用于生产现场的测量，但是不足之处是在对于不同规格的叶片进行测量时需要对叶片进行配置，且准备的时间较长，因此，此种方法适合于对统一规格的叶片进行大批量的检验。
2.5 坐标测量法。
随着科技的进步以及坐标测量技术在空间测量中的应用，使得坐标测量法在叶片型面质量的测量中得以应用。
此种方法的测量原理是通过使用坐标测量机来对叶片轮廓上的各测点进行测量，并将测量的数据依靠软件计算的方式得出被测叶片的几何尺寸与形状误差等。
应用此种方法能够得出较为精确的测量数据，同时其测量时要求处于恒温的环境下，从而造成测量的成本较高，仅适用于成品环境下的测量。
2.6 激光测量法。
随着科技的进步以及对于叶片测量精度要求的不断提高，出现了一种采用激光进行航空发动机叶片的型面质量测量的方法，其中四坐标激光法与激光扫描法是其中较为典型的方法，其中四坐标激光测量法是在三坐标测量机的基础上添加了一个转台，同时通过激光测头来对叶片进行测量，从而得到叶片截面的轮廓线。
而激光扫描法则是依靠激光束来对叶片进行高速的扫描，并通过扫描头来获取航空发动机叶片的型面上的大量点云数据，并依靠这些空间的点所所组成的点云图来表达系统对叶身型面的采样结果。
采用激光测量法进行叶片
型面的测量具有测量速度快以及测量采样频率高等优点，同时由于采用的是非接触式的测量方式，可以实现对于小而薄的叶片的测量。
同时激光扫描测量具有快速准确的三维空间扫描能力，且测量精度较高，不足之处就是设备的成本较高。
结语
航空发动机叶片的型面质量对于确保发动机性能具有十分重要的意义。
本文对各种叶片型面测量方法进行了对比分析。
参考文献
[1]王军.航空发动机叶片三维轮廓测量方法研究[J].长春光学精密机械与物理研究所，2004（02）.
[2]陈非凡，等.汽轮机叶片叶型测量综述[J].航空计测技术，1995（02）.。