图2各类型叶片
航空发动机叶片是发动机的核心部件之一,发动机的性能很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平(各类型叶片如图2所示)。叶片是一类典型的自由曲面零件,发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作,它的曲面形状和制造精度直接决定了飞机发动机的推进效率的大小,图3为喷气发动机的涡轮叶片。
在航空发动机中,叶片型面的复杂程度非常高,尺寸跨度大,而且承载也比较大,如图4、5所示。叶片的工作性能受到其几何形状和尺寸的直接影响,当叶片型面的质量比较差时,发动机会承受二次流损耗,进而影响能量转换效率。基于此,在进行叶片型面制造时,要对质量十分的注重,通过检测技术的有效应用,提升提高叶片型面制造的质量,并保证航空发动机的性能。
叶片质量控制的主要手段为检测,当前,比较常用的发动机压气机叶片型面检测技术比较多,下面主要为大家介绍几种叶片型面检测技术,以便于提升检测工作的有效性,保证叶片制造的质量,提升航空发动机的性能。
对于机械位移量,通过电感方法对其进行转换,变成电量之后进行放大、处理,最后,将机械位移量显示出来,这种测量方法就是电感测量。在利用电感测量方法检测时,不能单独进行使用,需要配备相应的测量机械装置,以便于对被测零件进行定位,并将传感器固定。
优点:简便性比较高,能够实现直观的测量,而且测量的精度和效率都比较高。在进行航空发动机压气机叶片型面检测时,经常使用此种方法。
局限:从理论上来说,检测时叶片各个部位的形状可以通过加密测点的方法来进行,不过,在使用加密测点方法后,检测的复杂程度提升,尤其是叶片型面型线的测量,由于测量点比较多,测量无法有效的保证。
利用光学投影检测技术对叶片型面进行检测时,需要借助相应的光学投影设备,通常来说,断面投影仪以及光学跟踪投影仪是比较常用的两个设备。
优点:通过光学投影设备的屏幕,检测人员可以直接的观看叶型;经过放大之后,将其与理想叶型对比,进而准确的发现实际叶型与理想叶型之间存在的差异,从而有针对性的对实际叶型进行改进,保证叶片制造的质量。
局限:在进行检查时,叶片表面反射能力会在很大程度上影响检测结果,导致检测结果的准确性降低;另外,屏幕也具备一定的限制性,只有弦宽不大的叶子才能利用此种检测技术进行检测。
在三坐标测量技术中,参考系为空间直角坐标系,机械零件在利用此种技术检测时,轮廓上各被测点的坐标值可以准确的测量出来,同时,还可以处理数据群,将零件各个几个元素形位尺寸计算出来。
优点:测量对象数字化;利用误差补偿技术,测量精度显著提升;利用算法灵活的软件,提升检测的有效性;自动化测量,减少人力使用,节约检测成本,提升检测质量,从设计到制造到检测,实现一体化。
局限:测量机所需花费的成本比较高,对工作环境的要求比较高,功能冗余的专业性比较差,测量软件需要进行二次开发,测量效率比较差,而且测量时间比较长。
将标准样板和实际叶片对应检测截面靠近,在照明灯光的辅助下,根据二者之间漏光间隙的大小,来对实际叶片与标准样板之间的误差进行估计。
优点:检测时速度比较快,而且操作比较简单,比较适合在现场使用。在进行叶片加工时,标准样板法得到了比较广泛的应用。
局限:零件合格与否的检测为定性检测,测量精度比较差;样板与叶型型线之间具备对应关系,一个样板只能检测与其对应的叶片截面的一条型线,因此需要很多数量的标准样板才能完成检测,花费的检测成本比较高。因此,在当前的叶片型面检测中,只有工序间型面检测才会应用标准样板法。
图19激光振动计检测发动机叶片
比较典型的激光测量技术主要有两种,一种是四坐标激光测量,一种是激光扫描测量。四坐标激光测量的基础为三坐标测量,增加精密转台,通过非接触式激光侧头完成测量;激光扫描测量为高速扫描叶片,借助激光光束,在进行扫描时,获取叶片型面大量点云数据,形成点云图,以标准叶片的CAD模型为参考依据,进行对比分析,找出存在的误差。
优点:检测速度比较快,采样频率比较高,具备比较高的检测效果。
局限:测量精度稍差。在实际的航空发动机压气机叶面型面检测中,应用还比较少。
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