航空发动机叶片型面测量方法评述
叶片型面特征点的精确划分及弦线特征提取
叶片截面特征点云的精确划分及弦长特征提取学院：计算机与信息学院专业：模式识别学号:131307030006 姓名:刘一宸摘要：针对某些特殊的叶片截面，提出了一种特征点云的精确划分算法，避免了常用凸包算法可能引起的缺陷。
同时在此基础上，针对弦长特征的提取，提出了一种基于图形变换的截面弦长计算方法，实验结果表明这两种算法通用性强，计算精度、效率高，能够满足叶片检测的要求。
关键词：叶片型面；特征点；弦线；弦长；图形变换引言叶片是航空发动机的核心零部件之一，叶片的检测质量直接影响发动机的性能，因此必须采用严格的检测手段。
大多数的测量手段都是通过检测叶片截面的特征参数来判断叶片是否合格。
因此，高精度、高效率地提取叶片截面参数具有很高的实用价值。
目前，常用的截面划分算法都是基于经典凸包算法，或在此基础上进行算法的改进，基本上能够满足大部分的叶片划分。
但对于某些特殊的叶片截面，凸包算法可能将原本属于叶背上的非凸点划分到叶盆上或者直接删除，导致截面特征参数的提取精度较差甚至失败。
本文通过对点云数据进行排序，以叶盆与叶背特征差别较明显的y坐标进行初步划分，避免了上述缺陷。
弦长作为叶片截面的重要参数，微小的误差都将影响发动机的性能。
目前求解弦长的主要方法有传统法、凸包法、最小外接圆法等。
传统法计算复杂，效率低。
陈志强[1] 等提出的凸包法是将叶盆端前、后缘的端点作为切点来提取弦线，该算法效率高，但没有准确求解切点，计算结果不准确；而王文军[2]提出的最小外接圆法是以截面最小外接圆上各点之间距离最大者作为弦长，该方法未在弦线上投影，当弦切角较大时，存在较大误差。
针对上述问题，本文在特征点云精确划分的前提下，提出了基于图形变换的截面弦长计算方法，通过对截面进行坐标变换，将复杂的计算过程简单化，并且以较高的精度提取弦长。
1 叶片及其截面参数的定义叶片是发动机产生动力的高负荷零件，由叶身、缘板和榫头三部分组成，如图1所示。
叶片修理技术
光学投影检测
三坐标和四坐标测量机
激光测量
叶片型面
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专用测具检测
常用方法为样板测具和摇摆测具 样板检测是指用叶片固定座即型面测具固定后，用
叶盆型面样板和叶背型面样板分别检测叶盆和叶背的 型面。 摇摆测具用于检测叶身型面截面形状接近圆弧的叶 片，而且圆弧的半径在适当尺寸范围以内。 这类检测方法效率低，精确度较差，人为因素和其他 因素所产生的误差较大，不适应大规模生产，不适合 叶片设计、制造、检测一体化的发展趋势，且手工靠 模制造周期长，成本高。
Repair Technologies for Blades of Aero-engine Turbine
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涡轮叶片的工作条件 非常恶劣，因此，在性 能先进的航空发动机上， 涡轮叶片都采用了性能 优异但价格十分昂贵的 镍基和钴基高温合金材 料以及复杂的制造工艺， 例如，定向凝固叶片和 单晶叶片。在维修车间 采用先进的修理技术对 存在缺陷和损伤的叶片 进行修复，延长其使用 寿命，减少更换叶片， 可获得可观的经济收益。
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无损检测
在修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型完整性和内部结构进行检测， 以评估磨损、烧熔、腐蚀、掉块、裂纹、积炭和散热孔堵塞等损伤缺陷情况， 从而指导叶片的具体修理工艺。
对于涡轮叶片的不同部位，无损检测的侧重点也不相同。如导向叶片，主 要检查叶根焊接部位是否有裂纹以及叶身的烧蚀情况。而对于工作叶片，叶 顶部位，主要检查硫化程度和磨损状况；叶身部位，检查热障涂层的退化情 况和基本的烧蚀、腐蚀情况；叶根部位，承受着相当大的离心力和高频振动， 会因热蠕变、疲劳和材料工艺缺陷产生裂纹，因此要重点检查。
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光学投影检测
常用于叶片检测的光学投影仪有断面投影仪和光学 跟踪投影仪。
航空发动机叶片高能工业CT壁厚测量数据自动校准方法
第十届无损检测学会年会论文集航空发动机叶片高能工业 OT壁厚测量数据自动校准方法苏宇航，王倩妮，张于北 (北京航空材料研究院，北京100095)摘要：在航空发动机空心涡轮叶片壁厚测量应用中，由于高能工业CT受空间频率调制度的局限，小尺寸壁厚测量往往将引入误差。
本文采用标准厚度片进行壁厚数据校准，并针对大批量叶片CT测厚中的数据后处理问题设计了基于MATLAB的壁厚数据自动校准程序，可自动完成大批量壁厚数据的后处理程序，提高叶片壁厚CT检测效率。
关键词：I CT；壁厚测量；数据校准；M ATLA BA u t o ma t i c D a ta Ca lib rat ion Met h od in Wall Th i ck ne s s Me as u re m en t byHigh Energy Industrial CT i n A vi at io n Tu r bi n e Bl ad e ManufacturingSU",／u-Ha n g，W A NG Qian-N i，ZHANG Yu-B e i(A V I C Bei ji n g Institu te of Av i a t i on Material，Beijing 100095，C h in a)Abstract：In s m a l l d im e ns i on wa ll thickness me asu rem ent ap plica tion of avi ation"turbin e blade，the precisio n of the re su lt of the wall thickness i n f o rm a t i o n a l wa y s be guaranteed accurately，while the s p a c e f r e qu e n cyincreasing。
航空发动机压气机叶片检修技术
航空发动机压气机叶片检修技术摘要：航空发动机在使用或经过长时间试验后，在分解检查过程中会发现部分压气机叶片存在损伤，而压气机叶片价格及其昂贵，更换新件将大大提高成本。
因此，本文介绍了降低航空发动机压气机叶片使用成本的检修技术，包含叶片的清洗、外观故障检查（以下简称故检），无损检测、叶型修理、叶型测量、叶根喷丸强化，叶片表面振动光饰等在内的先进修理技术。
【关键词】航空发动机压气机叶片修理技术航空发动机的压气机叶片工作条件非常恶劣，处于高温、高压、高转速、高离心力的状态。
特别是军用战斗机的发动机，因为作战机动，不断出现快速调整姿态等需求，导致为战斗机提供动力的航空发动机出现快速交变温差，工作条件的恶劣程度更是呈指数级增长。
因此，在航空发动机叶片的设计和制造上，都采用了性能优异但价格昂贵的钛合金和高温合金材料以及复杂的制造工艺。
在维修时，采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复，可延长使用寿命，减少更换叶片，提高经济收益。
为了有效提高航空发动机的工作可靠性和经济性，压气机叶片先进的修理技术日益受到重视，并获得了广泛的应用。
1.修理前的处理与检测压气机叶片在实施修理工艺之前，需开展必要的预处理和检测，以清除其表面的附着杂质；对叶片损伤形式和损伤程度做出评估，从而确定叶片的可修理度和采用的修理技术手段。
1.1清洗压气机叶片使用过后，容易吸附空气中的杂质，从而在叶片表面黏附有沉积物，部分沉积物经过高温氧化腐蚀后产生热蚀层，这些沉积物影响了气流的运动，导致压气机的效率下降，同时沉积物也掩盖了叶片表面的损伤，不便于检测。
因此，叶片在进行检测和修理前，要清除沉积物。
1.2故检叶片修理前，需针对其外部的损伤类型，损伤程度等进行故检，以判断是否可以继续使用，及确定相应的修理方案。
故检是维修过程的重要工序，整个发动机的制造（维修）成本控制，很大部分来自故检工序，因此众多维修厂都对故检工作极为重视。
1.3无损检测无损检测是在不损害或不影响叶片使用性能,不伤害叶片内部组织的前提下，利用叶片内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，对叶片内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。
航空发动机涡轮叶片表面质量要求
航空发动机涡轮叶片表面质量要求
航空发动机涡轮叶片作为发动机的关键部件，其表面质量要求极为严格，主要体现在以下几个方面：
几何精度：涡轮叶片的型面（包括叶型、榫头、冷却通道等）必须具备极高的几何精度，以确保气动性能的优化和热力学效率的最大化。
这包括尺寸公差、形状公差以及位置公差等。
表面粗糙度：涡轮叶片工作环境极端恶劣，高温、高速旋转且承受巨大离心力，因此对叶片表面粗糙度有非常苛刻的要求，以减少空气动力学损耗和提高热传导效率。
通常，叶片的工作表面粗糙度需达到微米级别甚至纳米级别。
涂层质量：现代高性能航空发动机的涡轮叶片大多采用耐高温合金材料，并在其表面涂覆特殊涂层（如热障涂层、抗腐蚀涂层等），这些涂层的厚度均匀性、附着力、完整性及性能稳定性都至关重要。
无损检测合格：涡轮叶片在制造完成后需要通过一系列无损检测手段，如超声波探伤、涡流检测、X射线检测等，确保叶片内部无裂纹、夹杂或其他缺陷，表面也无肉眼不可见的微观裂纹或损伤。
清洁度要求：涡轮叶片表面不得有任何可能影响其性能或寿命的污染物残留，包括但不限于金属屑、切削液、油脂等。
微观结构控制：除了宏观表面质量外，还需要严格控制材料的微观组织结构，保证晶粒细小均匀，无偏析、疏松、夹杂物等冶金缺陷。
综合以上要求，航空发动机涡轮叶片的表面质量控制是决定发动机整体性能和使用寿命的关键环节之一，技术难度极高，要求极其精密和严谨。
试论叶片型面测具设计模块化的开发
槽宽和槽 高与样板 的宽度 和高度保证滑 动 灵活 。 当各截面叶盆 、 叶背型面样板 的后端 面与 两侧立板 的外侧面齐平 时 ，为叶片各截面理论 型面 的位置 。通 过测量各截 面型面样板 的后 端 面与两侧 立板外侧面 的相 对差值 ，读 出叶片各 截面 叶盆 、叶背方 向型面 的相 对误差值 。如图 ３ 所示 。 ． １ ３ － ３测量 机构 测量机构 由三部分组 成 ， 有叶片进 、 排气边 方 向的型面偏差 测量机构 ，有 叶片扭 转角度 的 线性测量机 构 ， 叶片盆 、 向的型面偏差 还有 背方 测量机构 ， 叶片进 、 边方 向的型面偏差测量 排气 由底 板前方的百分表实现 。 当插上插销时 ， 百分 表调零 ， 拔下插销 ， 转动底 板前后 的可调 螺钉推 动支座在底板上 滑动 ， 分表反 映叶片沿进 、 百 排气 边方 向的偏差值 。 叶片扭转的角度值 由测具右前方 的百分表 实现 。 当台阶限位块处于转盘位置 时， 百分表调
直 以来 ，叶片的测具设计 任务滞约我公 司新 机 科研生 产 ，但是每 同类 叶片的工装设计 结构又 基本相 同 ， 略有差 异。 尺寸 尤其是 压气机叶片在 航空 发动机 中的 级数较 多 （ 一般是 ９ ）数 量 级 ， 之多 ， 叶片设计结构 的构成大体相 同 ， 但其 大小
不等 。由于立式综合 型面测具设计结构 比传统 的卧式 型面测具设 计较复杂 ，而且设计 周期 较 长 ，而 各级 压气机 叶片的立式综 合型面测具设 计方 法基本一致 ， 可统一 、 结构 固化 ， 因此 ， 以 可 归纳 总结 ， 利用计算机 辅助编程 ， Ｇ三维基 并 Ｕ 元模块 参数化功能 ， 到压气机 叶片立 式综合 达 型 面测具设 计 图纸一 标准化 、 模块化 、 能化 ， 智 使 压气机 叶片立 式综合 型面 测具设计 规 范化 ， 提升工装设 计的速度和质量 。 在这种 隋况下 ， 探 索 出一 条适 合我公 司乃 至本行业所有类 型叶片 工装设 计需求 的新 的设 计方法 ， 开发 出参数化 三维 、 图库 ， 二维 对其它 叶片工 装设计智 能化 的 工作开 发至关 重要。 所示 。 ２ 目标的分析 ３ ． ２型面位置机构和偏移 、 扭转机构的分析 ２ ． １设计要求和零件类 型分析 叶片各截面 型面位置 的设计结 构是 由两侧
CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片典型损伤模型建立、外来物损伤分析、检测方法及修复方式研究
CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片典型损伤模型建立、外来物损伤分析、检测方法及修复方式研究目录摘要 (6)Abstract ...................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
第一章绪论. (7)1.1 研究背景及意义 (7)1.2 航空燃气涡轮发动机叶片建模 (10)1.3 发动机叶片损伤的检测方法对比研究 (11)1.4 外来物损伤分析 (11)1.5 航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (12)第二章CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片建模 (12)2.1 数据测量 (13)2.2 建模过程 (16)2.3 带损伤叶片的成品展示及危害性介绍 (23)第三章航空燃气涡轮发动机叶损伤检测方法研究 (30)3.1 目前的无损检测方式分类 (31)3.2 各种无损检测方式优缺点分析 (35)3.3 无损检测技术在发动机检测中的运用 (44)第四章航空燃气涡轮发动机叶片外来物损伤 (45)4.1 鸟类等软物撞击的损伤 (46)4.2 硬物撞击对叶片的损伤 (47)第五章航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (49)5.1 目前常用的一些修复方法 (50)5.2 常用修复方法的优缺点对比 (51)5.3 目前叶片修复面临的难题 (52)5.4 航空发动机叶片修复再制造的一般流程 (52)参考文献 (53)致谢............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。
叶片修理技术
叶片水流量
2 叶片水流量 为保证叶片内各腔冷却气流量符合设计要求，叶片
修理技术要求规定对叶片各腔冷却空气的流通能力进 行水流量测试。在规定的温度、压力等条件下，从叶 片底部供水，通过叶片前腔进气边孔排水量为(n～ m)L/min；通过叶片后腔排气边缝排水量为(k～ h)L/min。从检测结果看，部分叶片的水流量超出规 定范围（偏大或偏小）
为使叶片满足高温、高强度工作条件的使用要求， 除在结构设计上采用复杂的空心气冷式换热结构和空空换热器对冷却叶片的二股气流进行冷却，进步对叶 片的冷却效果外，在修理过程中也制定了相当严格的 技术要求，如多项试验检查要求和修理技术要求，以 保证其各项技术指标及安全措施实施到位。
修理前的处理与检测
涡轮叶片在实施修理工艺之前进行必要的预处 理和检测，以清除其表面的附着杂质；对叶片损 伤形式和损伤程度做出评估，从而确定叶片的可 修理度和采用的修理技术手段。
发动机修理故检中高压涡轮工作叶片伸长量超标报 废的主要是因丈量系统与外方丈量系统存在较大差异 造成的。
叶片伸长量
叶片伸长量主要是由于丈量系统误差所致，目前在 发动机修理中采用了对高涡叶片伸长量标准进行一定 量的丈量误差修正的方法，同时我们从外方引进了测 具，同一了丈量系统，消除丈量误差，以保证发动机 修理要求。该项措施有效地解决了叶片伸长量超差、 报废量大的问题。
涡轮叶片现场抽样测量示意图
叶片壁厚
4、 为保证叶片型面符合设计要求，在修理中规定， 高涡叶片更换涂层时，对其进行酸洗去除原表面渗 （涂）层，允许表面残余涂层0.015mm；对局部超过 残留涂层标准的部位，允许采用局部打磨法去除涂层， 对经修磨表面用超声波方法检查叶片壁厚，允许壁厚 减薄不超过0.1mm。修理中有数百片叶片壁厚减薄超 过规定要求