浅析航空螺旋桨桨叶的逆向设计要领论文

论文 时间:2019-11-21 我要投稿

浅析航空螺旋桨桨叶的逆向设计要领论文

  前言

浅析航空螺旋桨桨叶的逆向设计要领论文

  航空螺旋桨作为使用活塞式发动机的牢固翼航空器的主要推力来源,其设计性能和制造精度对航空器的功率利用效率、航行性能、噪声等有着至关重要的影响。传统的航空螺旋桨设计需要从其气动性能要求出发,选择合适的翼型,确定其差异截面的弦长、厚度、及截面间的扭转关系,并凭据动力需求确定螺旋桨直径及桨叶数目等;经过此历程发生的螺旋桨是否能到达航行器的性能要求,另有待通过试验历程才气最终确定,设计周期长,成本高。

  目前,工程领域多数逆向工程的研究为实物的逆向建模,适用丈量工具对实物进行数据的收罗,之后通过几何建模要领获得实物的三维模型,以此模型为基础进行产物的再设计或者是加工制造。

  逆向工程可以缩短产物再设计与制造的周期,特别是针对具有庞大型面的产物,其优点越发突出。所以,将其用于航空螺旋桨的设计历程中,利用已有的螺旋桨设计方案为基础,可以节约设计成本和缩短设计周期,而且,以获得的反求方案为基础加以修改,也更容易获得性能优异的新型螺旋桨。

  在文献中,许多学者对逆向工程的相关技术进行了研究,但是很少见针对航空螺旋桨的逆向设计研究。在此,以某型发动机配套螺旋桨为研究工具,介绍了航空螺旋桨桨叶逆向设计的一般历程及要领。

  1 航空螺旋桨桨叶的逆向设计历程

  1.1 数字丈量

  零件原型的数字丈量,即点云数据的收罗,是将模型曲面以空间点的形式离散化获得点云,以点云数据为基础进行曲面重建和模型评定,因此点云数据的收罗精度就成为逆向设计的要害技术之一。

  目前,常用的点云数据收罗要领有三种。

  接触式三坐标丈量机丈量。其特点是丈量精度较高,丈量效率较低。由于丈量时需接触被测件,易划伤零件外貌。适用于进行点、特征线、孔等几何特征的丈量。

  线状激光束丈量。该要领投影周期性光栅至被测件外貌,通过对光栅图像数据的处置惩罚解算,求出被测件外貌的空间信息,其特点是可进行大面积丈量、丈量速度快,但仅限于较平坦曲面的丈量,曲率变化大的曲面丈量精度将大大下降。

  光栅投影式丈量。丈量时,投影光栅至被测零件外貌,限定一个丈量规模,利用光学扫描系统获取零件的外貌数据,并用数码相机进行特征标志点的三维坐标位置的获取。该要领为非接触丈量,不会被测零件外貌发生影响, 对结构庞大或尺寸较大的零件可以分块丈量,丈量速度快,点云密集,精度高。

  本文接纳线状激光束丈量要领, 利用加拿大Creatform 公司生产的MAXscan 大规模精密手持式自动定位三维激光扫描仪进行数据收罗,该扫描仪的精度可以到达0.05mm,扫描速度约36000 点/秒。利用其丈量螺旋桨,共获得离散点876228 个。

  1.2 数据处置惩罚

  数据处置惩罚在逆向设计中十分重要,其结果优劣关乎建模精度。点云数据处置惩罚一般包罗奇异点排除及噪声滤波、多视拼合、数据精简等事情。

  本文利用CATIA软件自带的功效, 通过手动的方式排除异常点,通过利用高斯滤波要领对点云数据进行滤波和光顺处置惩罚,充实考虑建模精度以及建模效率的影响,对点云数据进行精简,精简后点云数据为408898 个。

  1.3 基于CATIA 的三维模型重构

  三维模型的曲面重建目的就是要恢复实物模型的曲面形状,并要求恢复的曲面形状能够尽可能地反映出原曲面所具有的形状特征。在获取了经过预处置惩罚的散乱数据后,三维模型的曲面重建事情是后续处置惩罚的要害步骤, 大量的研究结果已为曲面造型与重建提供了理论基础。

  本文利用CATIA 软件作为建模工具, 完成了螺旋桨桨叶的模型建设。

  1.3.1 点云分块

  凭据螺旋桨的设计纪律,桨螺旋桨桨叶划分为主要事情面,桨根及连接,桨尖三大部门,其中主要事情平面是螺旋桨的焦点事情部门,桨根及连接用于桨叶与桨毂的安装并保证桨根强度,桨尖部门为非主要事情外貌维形即可。

  1.3.2 桨主要事情面构建

  桨主要事情面的构建接纳多截面曲面的要领进行构建, 利用CATIA 软件的`DSE 模块和QSR 模块进行截面曲线的构建,并利用创成式外形设计模块进行曲面的构建。

  1.3.3 将根曲面构建

  桨根部门曲面构建与桨主要事情面的结构类似,但是因为此部门不是主要事情面,因此构建时可淘汰截面的选取,这很好的保证了曲面的光顺性。

  1.3.4 桨尖构建

  桨尖部门主要维持形状,类似主事情面构建历程,适当淘汰截面,并保证关闭即可。

  1.3.5 曲面拼接及光顺性检验

  将分块构建的曲面进行拼接以形成完整的螺旋桨桨叶外形,并保证生成的桨叶外形满足切线连续。

  1.4 建模精度分析

  由于点云数据收罗、整理及曲线曲面重构时会泛起偏差和模型的失真, 所以对重构后的模型进行建模精度分析并修改是必不行少的。本文利用CATIA 软件自带的偏差分析功效, 对重建后的螺旋桨进行了精度分析。

  由于对航空螺旋桨桨叶逆向设计的偏差要求及尺度并没有明确划定,此处以螺旋桨桨叶重构模型对点云数据的法向偏差值作为评定依据,本文接纳螺旋桨尺寸为850mm(桨尖至旋转轴中心距离),设定主要事情面偏差值在-0.5mm 至+0.5mm 之间为可接受规模,而桨根及桨尖处对精度在原则上没有要求。

  对桨的主要事情面的精度分析,以及对桨根地方做的辅助性精度分析,从分析可以看出,桨的主要事情面仅在前缘和后缘个体点泛起超差,放大超差点进行仔细视察,可以认为超差点是噪点,其他位置建模精度切合要求;桨根处精度偏差在-2mm 至+2mm之间,可以接受。

  2 结论

  对逆向设计进行了全面的分析与介绍,并通过一个实例演示了航空螺旋桨的逆向设计的完整历程。接纳逆向设计的要领,在保证性能及使用要求的前提下,大大缩短了螺旋桨的设计开发周期,对航空螺旋桨的设计具有一定的借鉴意义。

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