航空发动机叶片检测与性能分析关键技术研究

Aero-engine works at high speed, the small changes in blade surface have large effects on the efficiency and surging degree of the compressor, which will directly determine the energy conversion efficiency and security, therefore, the rational design and control of the blade deformation is a very important part. Engine with high speed operation will produce complex stress effect, so that various measurement methods are subject to certain limitations, which is an important plagued technical problem for engine researchers. The present relevant research experiences shows: Aviation engine speed dynamic imaging detection technology using Optical active projection method to detect the dynamic deformation of the engine blades is feasible. The project intends to study the following key.technologies: dynamic detection algorithm optimization; the coupling law between blade surface deformation and performance; the deformation quantization algorithm of blade surface data; dynamic detection platform technology. The project combines theoretical research, numerical simulation analysis and dynamic testing experiments for deformation measurements to quantify deformation in high precision, analysis the strain variation at different speeds and status, and achieve the performance evaluation and analysis blades.

航空发动机在高速运转下工作，叶片的微小变化对压气机的效率和喘振度影响很大，决定能量转换效率与安全性，因此，合理地设计和控制叶片形变是非常重要的环节。发动机高速运转会产生复杂应力效应，使各种测量方法受到一定的局限，是困扰发动机研究人员的一项重要的技术难题。目前相关研究经验表明：采用光学主动投影方法检测发动机叶片型面动态形变是可行的。项目拟研究：叶片动态检测算法研究；叶片型面数据形变量化算法；叶片型面形变与性能变化规律分析；动态检测平台构建等叶片型面动态检测关键技术。项目结合理论研究、数值模拟分析及动态检测实验，对叶片形变进行较高精度的量化测量，分析给出形变在不同转速及状态下的变化规律，完成叶片性能评估与分析。

为解决发动机叶片运动状态下的型面采集和形变分析问题，项目开展了基于光学三维结构光的静态和动态检测技术研究。项目以发动机涡轮叶片和压气机叶片为对象，开展了基于时间相位面结构光的高精度三维扫描技术研究，研制了航空发动机叶片自动扫描系统，完成了发动机叶片的实体扫描建模。基于实体发动机叶片模型，运用ANASYS开展了发动机叶片受力模型和性能分析。基于点数据和面数据，开展了叶片形变量化评估分析，并进一步研究了形变和性能变化耦合规律。通过研究优化傅里叶、小波和S变换的动态三维测量算法，搭建了发动机叶片动态采集系统。通过分析研究叶片工况模型，构建了一体化叶片全工况仿真平台。利用研制的系统和平台，开展了发动机叶片静态、动态检测实验研究，完成了发动机叶片检测与分析。技术研究对发动机维修和设计具有指导作用，相关成果具有一定的社会价值。