[發明專利]渦輪導向器排氣面積自動測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 202110790298.0
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113686268A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 吳桐;羅曉濤;王卿;潘兆義;史勇;高繼昆;閆峰;劉柯;于潔;李業棟;孫增玉;高越;王杏
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所;西安航天發動機有限公司
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28;G01M15/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 許姣

本發明提出一種渦輪導向器排氣面積自動測量系統及測量方法，基于非接觸光學測量原理，能夠解決現有測量系統測量效率低、測量精度差的問題。該測量系統基于非接觸光學測量原理，通過高精度光學掃描儀直接測量渦輪導向器每個喉道輪廓的三維點云坐標，得到高精度、高密度點云數據；然后通過測量得到的點云數據擬合每個喉道的三維輪廓，再計算每個喉道排氣面積與導向器總排氣面積；且在測量過程中，通過六自由度機器人與單軸轉臺聯動，精確、快速定位高精度光學掃描儀與被測導向器的相對位置。

技術領域

本發明涉及一種測量系統及方法，具體涉及一種渦輪導向器排氣面積自動測量系統及其測量方法，屬于渦輪發動機導向器測量技術領域。

背景技術

燃氣渦輪發動機是一種廣泛應用的動力機械，其工作以空氣為介質，通過一定的熱力循環，將化學能轉化為機械能。其核心部件包括風扇、燃燒室和燃氣渦輪部件。而渦輪導向器的作用是改變高溫高壓燃氣氣流速度和方向，為轉子葉片進口提供適當的氣流方向，同時改善渦輪轉子的工作條件。

飛機發動機渦輪導向器主要由機匣、安轉環、導向葉片及相應附件組成，導向器喉道排氣面積直接影響發動機的運行狀況，是發動機設計和生產中十分重要的一個參數。對導向器喉道排氣面積進行測量，一方面用于控制導向葉片排氣角度，為轉子葉片提供設計要求的進氣角度，保證渦輪性能；另一方面用于控制導向器總排氣面積，在裝配導向葉片時要測量每個喉道(相鄰兩導向葉片之間的通道)的排氣面積來滿足總排氣面積，排氣面積不合格則要調整導向葉片的安裝角，直到調整至喉道排氣面積合格后才將導向葉片固定。

國內航空業，對于喉道排氣面積的測量法主要有以下三種：

(1)標準樣件測具法：使用經標準樣件標校過的專用測具測量喉道相關幾何參數，然后根據測得數據經人工計算得出每個喉道的排氣面積，并求和得到總排氣面積。這種方法操作繁瑣、測量效率低；且該方法需要多個數據支撐計算得出面積，加大了數據累計誤差的傳遞，測量誤差較大。還有些利用具有預定排氣面積的標準吼道樣件對預定測具的數值指示器調零，通過測量待測喉道排氣面積值與標準喉道樣件排氣面積值的差值計算得到單個待測喉道的排氣面積值；該方法雖然在一定程度上解決了數據累計誤差的影響，但仍然屬于間接測量，測量誤差較大。

(2)三坐標測量法：利用三坐標測量機直接測量喉道輪廓三維點坐標，根據測點坐標值計算喉道排氣面積；三坐標采點精度高，且能實現自動化測量。但是三坐標采點密度低，不能精確的復現喉道輪廓特征，且渦輪導向器喉道狹窄，三坐標編程復雜，存在三坐標測量機接觸式測頭無法采點的區域。

(3)聲學共振頻率法：將亥姆霍茲共振腔與導向葉片密封接觸，利用聲學原理識別出聲波傳遞損失最大的共振頻率，并通過該頻率計算出共振腔的容積，以此算出喉道排氣面積，該方法操作復雜，誤差項較多，測量精度較低。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種渦輪導向器排氣面積自動測量系統，基于非接觸光學測量原理，能夠解決現有測量系統測量效率低、測量精度差的問題。

所述的渦輪導向器排氣面積自動測量系統，包括：數據采集模塊、變位機構模塊和數據處理模塊；

所述數據采集模塊采用非接觸測量方法，測量被測導向器每個喉道輪廓的三維點云坐標；

所述變位機構模塊用于自動調整所述數據采集模塊與所述被測導向器間的相對空間位置，以實現所述數據采集模塊對所述被測導向器的遍歷掃描；

所述數據處理模塊依據所述數據采集模塊測得的每個喉道輪廓的三維點云坐標，擬合每個喉道的三維輪廓，進而計算每個喉道的排氣面積與被測導向器總排氣面積。

作為本發明的一種優選方式：所述數據采集模塊包括：光學掃描儀和定位工裝；

所述光學掃描儀與所述變位機構模塊相連，通過所述變位機構模塊帶動所述光學掃描儀運動，以定位所述光學掃描儀與所述被測導向器的相對空間位置；