做家：何小妹
探索员，博士，硕士探索生导师，航空产业计量所金牛老手、几许量业余副总师。要紧探索方位为繁杂曲面丈量与校准、线纹参数丈量与校准、角度参数丈量与校准。所担任科研项目获团体等科学技艺奖6项，已发布论文40余篇，获受权创造专利1项，软件著做权1项。
论文引用格式
何小妹，刘峻峰，何学军，等.浅谈航空鼓动机叶片几许参数测试计量保证体制[J].计测技艺，,41（2）：51-55.
浅谈航空鼓动机叶片几许参数测试计量保证体制
何小妹，刘峻峰，何学军，张学仪
（航空产业北京长城计量测试技艺探索所）
提要：对航空鼓动机叶片几许参数举行了界说和分类，基于叶片几许参数精湛丈量的要害性、型面参数丈量的繁杂性和叶片几许参数丈量评估的近况，详细先容了航空鼓动机叶片几许参数测试计量保证体制成立的需求，提议成立笼罩航空鼓动机叶片几许参数的测试计量保证体制，并对该体制的内在和架构想路举行了说明，为航空鼓动机装配叶片零部件数字化计划缔造、一体化协同办事平台的成立供给技艺撑持。
关键词：航空鼓动机叶片;型面参数;几许参数;测试计量保证体制
0引言
叶片是航空鼓动机的关键零件，具备品种多、数目大、形态繁杂、几许精度请求较高、加工难度大等特色，其缔造品格直接影响鼓动机的气动机能与寿命。叶片的尺寸、形态、力学等成分决计了其大伙机能，在叶片临盆的不同阶段均需对其几许形态、尺寸和特点构造举行探测，且应对每一阶段丈量结局的正确性做响应请求。跟着新式号航空鼓动机叶片型面弯、扭和掠形态的坚固，先后缘曲率半径的袖珍化，集成化轻量化构造（多联叶片、大伙叶盘、叶轮）的呈现，空腹叶片内部构造的繁杂化，叶片气膜孔特点的百般化，叶片表面原料的高请求，对叶片几许参数丈量评估的正确性、加紧性和靠得住性请求越来越高。航空鼓动机叶片批量零部件异地加工丈量与验收托付的集成形态，对叶片丈量结局的一致性、复现性和量值传达溯源性提议了较高请求，成立和完好航空鼓动机叶片几许参数测试计量体制，关于保证航空鼓动机的气动机能、平安性和靠得住性相当要害［1］。
1航空鼓动机叶片几许参数的界说和分类
航空鼓动机叶片品种稠密，按其在航空鼓动机中的部位和成效分类，能够分为风扇叶片、压气机叶片和涡轮叶片等。叶片几许参数（简称叶片参数）是影响叶片气动机能指目标几许量表征，包罗叶片的几许尺寸、形位公役和表面原料。遵从构造成效举行分类，叶片参数能够分为叶片型面参数、叶片榫头参数、叶片表面原料参数和叶片非常特点参数。
1）叶片型面参数：基于叶片叶身自在曲面的丈量评估形态，叶片型面参数能够分为二维叶型参数、二维叶展参数和三维型面参数。按照HB-《叶片叶型的标注、公役与叶身表面粗拙度》规则的叶片等高截面丈量原则，现阶段叶片型面参数仍由多个等高截面二维叶型参数归纳评估结尾。二维叶型参数包罗弦长、弦线角、最大厚度、先后缘牢固地位处厚度、积叠点地位度、叶盆/背型线概况度、先后缘概况度等老例参数，以及叶片平头、削边、尖边、缩颈等不及格工艺非常先后缘形态参数。叶展参数包罗叶展概况度和叶展概况度变动率。
2）叶片榫头参数：用于叶片装配定位的高低缘板的尺寸和形位公役。
3）叶片表面原料参数：叶片表面的涟漪度、粗拙度和表面弊端等。
4）叶片非常特点参数：叶身表面除型面参数和表面原料除外的另外参数，包罗与叶片气膜孔和内部空腔相干的几许尺寸和形位公役、叶片涂层厚度和壁厚参数等。
2航空鼓动机叶片几许参数测试计量体制成立需求
2.1叶片几许参数精湛丈量的要害性
叶片几许参数直接影响航空鼓动机重心思的气动机能。比方：叶片概况度过失会显著影响叶表左近流场构造，若叶片概况度过失较大，会致使叶背过早呈现附面层离开，关于超音速叶型而言，较大的叶片概况度过失会致使激波加重［2-4］。叶片将气流折转对气流做功，假若弦长太小，会致使压气机转子无奈充足折转气流，致使叶背易呈现大离开区，不只增大气动机能损失，况且也无奈使压气机餍足计划负荷;假若弦长太长，会增进附面层冲突损失，致使压气机效率降落［5-6］。
因而可知，若叶片加工过程中存在较大过失，会致使叶片最后加工状况与计划请求之间存在显然偏离，影响航空鼓动机实践运用机能。过程精湛丈量伎俩正确猎取叶片几许参数，对保证叶片缔造原料相当要害，也直接影响航空鼓动机气动机能的计划考证与正确评估。
2.2叶片型面参数丈量的繁杂性
当前国内航空鼓动机主机厂所要紧采取精湛的坐标丈量伎俩结尾叶片参数丈量与评估。图1为叶片参数丈量的模范过程。
与正常零件经坐标丈量后直接赢得结局比拟，叶片型面参数的丈量与评估显然要繁杂很多，其繁杂性要紧显露在：①叶片型面为弯扭掠形态的繁杂自在曲面，繁杂曲面的丈量一向是行业内探索的热门和难点，正确猎取反响叶片型面型线概况音信的丈量数据是举行参数评估的前提和关键;②丈量设立的参数摆设会对丈量结局造成较大影响，比方对小曲率半径先后缘地区举行丈量时，采样密度和丈量速率的摆设会对丈量结局造成很大影响;③叶片评估的特点参数浩繁，且这些参数均无奈过程丈量直接赢得，而是需在赢得叶型截面点云数据的底子上过程数据预管教、测头半径赔偿以后经专用算法评估赢得，评估管教算法在全部叶片参数丈量过程中起到相当要害的影响，比方叶片的弦长、弦线角、最大厚度、先后缘牢固地位处厚度等参数可直接操纵响应算法举行评估，积叠点地位度、叶盆/背型线概况度、先后缘概况度等参数则剧烈依赖实测点云数据与理论点云数据基于对齐算法以后的再评估算法。叶片参数评估算法均需求过程与不同坐标丈量设立配套的专用参数评估软件结尾，软件的百般性也致使叶片型面参数评估存在差别性。
2.3叶片几许参数丈量评估近况
2.3.1叶片型面参数丈量评估
为餍足大涵道比涡扇鼓动机以及他日高推比、新观点鼓动机的机能请求，使推崇比抵达10级及以上，航空鼓动机重心部件洪量采取先进的计划技艺、大伙构件技艺以及全三维谋略剖析伎俩，比方宽弦叶片技艺、叶片弯掠技艺、可变弯度整流技艺、空腹叶片技艺、巨细叶片技艺等，弓形静子叶片、金属包边复合材料叶片等新式叶片最先赢得行使。叶片的型面尺寸越来越大，曲折和改变水平越来越高，叶片先后缘半径越来越小，先后缘概况度公役请求越来越高，使航空鼓动机叶片探测面对严酷挑战。
航空鼓动机叶片研发过程中，百般表率的叶片专用夹具和百般来往式、非来往式、复合式和便携式探测设立宽泛运用，不同丈量设立叶片几许参数探测结局的丈量虚浮定度评定办法尚需求无误［7］。
跟着航空鼓动机增压比机能的升高，叶片先后缘越来越薄，半径越来越小（以至可抵达0.07mm）。若采取三坐标丈量机，操纵来往丈量法举行丈量，由于测球最小直径的存在、测头半径赔偿过失的影响以及丈量参数摆设欠安等题目，极易致使叶片先后缘丈量过程中因打滑、失真、赔偿反向等题目造成较大过失，影响叶片先后缘丈量的正确性;若采取点激光丈量机，操纵非来往丈量法举行先后缘概况扫描，能够结尾叶片边际无穿插、无堆叠、型面轻微特点完好显现，且无测头半径赔偿题目，但光斑直径巨细及散射效应或许影响叶片先后缘丈量的正确性。这两种不同的丈量办法举行叶片先后缘丈量的正确性一度存在争议。
叶片型面是繁杂曲面，针对繁杂曲面，最无误的丈量形态是矢量化丈量，即曲面法矢方位触测，法矢方位测头半径赔偿。现阶段要紧操纵三坐标丈量机采取等高截面法举行平面弧线丈量和评估。由于测头半径的存在，实践丈量的“平面弧线”具备确定的高度差错，且由于遭到叶片型面弯扭角度变动、叶片巨细不同以及叶片型线扫描过程中测头角度摆设境况的影响，实践探测出的截面型线高度差有或许超过截面同意的变动范畴。为餍足新式号叶片的高难度弯扭探测需求及加紧校准需求，四轴联动坐标丈量机、五坐标丈量机宽泛呈现。丈量形态也分为等高截面法二维弧线丈量三维矢量赔偿和基于大伙型面三维赔偿后再等高截面法评估两种。叶片先后缘处的探测结局存在由于测头半径过失赔偿致使的测禁止题目［8-10］。
2.3.2叶片表面原料参数丈量评估
涟漪度和粗拙度是评估叶片表面加工原料的两个要害参数。HB-《叶片叶型的标注、公役与叶身表面粗拙度》对叶身粗拙度和涟漪度提议了计划请求。当前，国表里科研机构已对零件加工涟漪度和粗拙度的操纵举行了相干探索，然则针对航空鼓动机叶片表面加工原料的涟漪度和粗拙度参数丈量评估还存在下列不够：①不同丈量设立丈量赢得的叶片涟漪度参数存在差别;②使工具备涟漪度参数评估成效的商用软件时需界说取样长度，但缺乏取样长度的计划原则;③索取涟漪度的保守办法是GB/T-《产物几许技艺典范（GPS）表面构造概况法表面涟漪度辞汇》中规则的高斯滤波器法，但该办法受截至波长的参数筛选不惟一和采样评定概况长渡太长两方面的束缚，模子的稳当性较低;④针对航空鼓动机叶片涟漪度的专用丈量设立及其溯源原则和办法的探索险些空白［11］。
即使HB-《叶片叶型的标注、公役与叶身表面粗拙度》规则了叶片粗拙度的计划请求，但当前国内缺乏叶片粗拙度的探测原则。外贸航空转包临盆叶片无误了叶片粗拙度的丈量地位和丈量规则，国内采取粗拙度样块对照法和概况粗拙度仪直接丈量法举行叶片粗拙度探测，当前要紧的题目展此刻：①关于叶片叶身、叶尖、先后缘、转接圆弧等处的探测地位和探测范畴缺乏界说，探测结局复现性、一致性差;②叶尖表面、转接圆弧等丈量地位取样长度不够，探测请求不统一，致使丈量结局不平静;③保守上粗拙度的计量是基于二维丈量形态举行评估的，同时受仪器丈量范畴、被测件曲面繁杂水平、曲面模子参数束缚，致使丈量范畴和评估算法不能餍足叶片曲面粗拙度参数的评估需求，叶片曲面粗拙度三维和二维评估结局的一致性有待探索确认。
2.3.3叶片非常特点参数丈量评估
叶片气膜孔构造繁杂，基准有榫头或叶身迭代点两种形态，叶片型面为自在曲面，气膜孔散布在叶身上且数目较多，角度多变，孔径正常为0.3~0.8mm。当前，气膜孔不足加工典范和灵验的探测伎俩，其原料要紧由工艺保证，采取挨近气膜孔径的量棒、针规、塞规等举行丈量，得出的孔径为气膜孔的类似值，且难以丈量气膜孔的地位度。基于CCD的气膜浩繁轴丈量设立、产业CT丈量设立和光纤复合扫描丈量设立在确定水平上能够结尾气膜孔参数的丈量，但丈量效率再有待晋升，气膜孔丈量设立没有统一的气膜孔探测办法和响应的设立校准典范也是亟待处置的题目［12］。
涡轮冷却叶片是航空鼓动机中构造最繁杂、行使处境最为顽劣的部件，其壁厚和内尺寸是保证叶片强度的要害参数，对鼓动机的高温长远寿命有极大影响。当前，针对航空鼓动机叶片不同型面、腔道、截面地位上的叶片壁厚及内尺寸的丈量要紧采取基于断层扫描成像技艺的产业CT设立结尾［13-14］。当前，在无损探测运用范围，国内CT定性丈量设立的原则相对较为完好，包罗GB/T-《无损探测产业谋略机层析成像（CT）指南》、GB/T-《无损探测产业谋略机层析成像（CT）系统机能测试办法》、GB/T-《无损探测产业谋略机层析成像（CT）探测通用请求》、GB/T-《无损探测产业谋略机层析成像（CT）图象丈量办法等触及计划、运用和机能评估》。而针对产业CT定量丈量设立的校准技艺探索，非常是叶片壁厚和内尺寸丈量虚浮定度的评定剖析、壁厚和内尺寸参数的量值传达溯源体制还未成立，严峻影响了叶片壁厚和内尺寸参数的正确评定剖析和及格断定。
涂层在航空鼓动机叶片中运用宽泛，包罗整流帽罩防冰涂层、涡轮导向器叶片铝化物分散涂层、涡轮叶片热障防备涂层、耐磨涂层、风扇叶片抗砂蚀树脂基微叠层复合材料热障涂层等等。百般涂层不同水平地表现着防备、密封、抗磨、抗攻击、减震、隔热等影响，对升高鼓动机办事温度、裁减燃油损耗、升高鼓动机效率、伸长热端部件行使寿命、保证鼓动机平安靠得住办事具备要害意义。涂层中最为关键的参数便是涂层的厚度［15-17］。当前，叶片涂层厚度要紧由工艺保证，也有百般型的涂层厚度丈量设立，包罗日本KETT、德国尼克斯、北京时期创合科技等公司研发的百般电涡流测厚仪、磁感到测厚仪、荧光X射线测厚仪、超声波测厚仪等仪器，且百般设立摆设了洪量的原则片和基体。现阶段关于基体厚度的丈量，要紧操纵长度计、电感测微仪等举行大伙厚度丈量，但缺乏针对百般测厚仪和原则片的计量伎俩和校准原则，严峻影响了叶片涂层参数的量值传达溯源。
综上可知：保守的单参数的量值溯源体制曾经难以餍足叶片几许参数丈量校准需求，需求成立笼罩鼓动机叶片型面参数、内尺寸与壁厚参数、气膜孔参数等几许参数的量值传达溯源体制。
3航空鼓动机叶片几许参数测试计量保证体制成立思绪
3.1体制范畴与内在
航空鼓动机叶片参数测试计量保证体制，指为典范叶片数字化计划缔造协同过程中世片模子、叶片缔造设立、叶片专用测具、叶片专用丈量设立、叶片临盆线等量值操纵请求，成立的具备丈量虚浮定度形容，与国度或国际计量原则相干系，并餍足叶片参数成效需求探测和校准因素的一系列技艺、办法、模子、算法、程序、典范与原则的集成。
3.2航空鼓动机叶片几许特点全参数测试计量保证体制的架构想路
从航空鼓动机叶片全性命周期的维度举行剖析，航空鼓动机叶片性命过程可分为叶片的数字化计划、数字化缔造、装配、实验、行使和培修保护调养等部份。全部维度以叶片数字化模子为主，并造成以叶片全性命周期统一的可计量的形容办法。梳理剖析不同表率（压气机、风扇和涡轮）叶片在航空鼓动机全寿命周期中与航空鼓动机气动机能亲切相干的叶片几许特点参数的计划请求、缔造请求、装配请求、实验要乞降培修保护调养请求，梳理不同表率叶片不同工艺缔造过程（锻造、锻造、铣削、磨削、增材缔造）下的测试计量形象，剖析索取叶片几许特点参数计量评估关键因素，比方航空鼓动机叶片计划阶段，无误数字化模子的坐标系基准、叶片三维模子的计量请求，界说叶片气动机能参数的评定参数以及响应的评估算法，进而灵验保证叶片缔造过程中探测和叶片培修保护调养过程探测与计划界说的一致性、完好性。
从航空鼓动机叶片几许参数目值传达溯源链的维度举行剖析，按照航空鼓动机叶片几许参数的界说和分类，针对参数探测用仪器设立或系统梳理实用校准装配以及相干的校准技艺典范，无误校准装配技艺目标，断定计量原则工具及响应的计量技艺典范，在叶片参数目值界说一致的底子上，结尾参数目值与计量原则工具量值的对照和传达。叶片几许参数目值传达溯源体制如图2所示。
叶片几许参数目值传达溯源体制的重心实质是叶片响应几许参数校准装配和响应传达原则件的研发，旨在过程校准装配的研发，开展响应参数丈量办法和评估办法探索，无误参数的界说原则，切磋参数丈量过程的关键影响成分和影响规律，统一参数的评定算法，探索参数的丈量虚浮定度评定办法，典范参数丈量校准办法的一致性;操纵传达原则件，坚固叶片百般专用丈量设立、在线丈量设立的考证本事和现场核对本事，晋升叶片参数丈量评估的正确性，保证航空鼓动机研发和临盆过程中世片型面参数测试结局的量值正确、溯源有据。比方研发原则叶片型面参数校准装配，有益于开展叶片型面参数计量校准办法探索;探索原则叶片型面三维丈量办法、叶片型面参数评估算法，典范叶片型面参数校准办法的一致性，晋升叶片型面参数校准结局的正确度;研发原则叶片传达原则，坚固叶片型面参数专用丈量设立丈量考证本事，完好叶片型面参数目值溯源体制。
叶片几许参数目值传达溯源体制中，叶片型面参数计量技艺的探索当前已相对老练，曾经无误了叶片型面参数不同丈量设立的丈量规律，把握了叶片型面参数评估专用软件评估算法的差别，成立了基于蒙特卡洛法的叶片型面参数丈量虚浮定度评定剖析模子，开端成立了叶片先后缘形态的数字化评估办法［18］，但叶片壁厚和内尺寸参数、气膜孔参数、涂层厚度参数以及表面原料参数的量值传达溯源体制亟待探索完好。
4论断
详细说明了航空鼓动机叶片型面参数的测试计量保证需求，提议成立航空鼓动机叶片几许参数测试计量保证体制，基于叶片全寿命周期和全参数链溯源角度对该体制的成立伸开深入切磋探索。本质系相干于保守的单参数体制的上风在于：①以校准装配和原则件的形态，加强了叶片几许参数丈量评估办法的探索、参数的界说和丈量评估的典范性、参数专用丈量设立现场校准考证的原则性;②调整了叶片全参数全寿命周期的测试计量探索关键因素，无误了航空鼓动机叶片参数丈量计量探索的方位，可为航空鼓动机装配叶片零部件数字化计划缔造一体化协同办事平台的成立完好供给技艺撑持。
长按判别