航空发动机叶片的型面质量测量方法对比

2015-12-13李进

中国新技术新产品 2015年18期

李进

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

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。