航空发动机数字化设计与制造研究

２０１５年７月　第４３卷第１３期　机床与液压　

ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ｊｕ１．２０１５　

Ｖｏ１．４３　Ｎｏ．１３　

１３￣Ｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１５．１３．００９　

航空发动机叶片数字化再制造方法研究　

王浩　，王立文。，王涛　

（１．中国民航大学工程技术训练中心，天津３００３００；　

２．中国民航大学地面特种设备科研基地，天津３００３００；　

３．中国民航大学航空自动化学院机械电子工程系，天津３００３００）　

摘要：叶片作为航空发动机的关键部件，其数字化三维模型等核心技术资料一直由国外发动机厂商垄断。为获取航空　发动机叶片的三维数字化模型，提出一种基于海量点云数据的叶片数字化模型重建方法。利用激光扫描仪获取的叶片点云　数据；在点云数据预处理部分，进行点云对齐并合理精简；将点云数据截面转化为含有噪声的时域信号进行滤波，引入单　树小波包分析方法，并通过坐标变换将其分割为叶盆面和叶背面；依据叶片的型面特点，采用不同方法对叶片截面边界进　行拟合。反复上述过程，采用蒙面曲面的方法建立叶片数字化三维模型。实验结果表明，利用该方法建立的发动机叶片模　型具有良好的光顺性和几何精度，明显提升了建模效率。　关键词：航空发动机叶片；数字化模型；单树小波包；蒙皮曲面　中图分类号：ＴＨ８７３．７　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１－３８８１（２０１５　Ｊ　１３－０３６－５　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｂｌａｄｅｓ　

ＷＡＮＧ　Ｈａｏ　．ＷＡＮＧ　Ｌｉｗｅｎ　．ＷＡＮＧ　Ｔａｏ　

（１．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３００，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｇｒｏｕｎｄ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｂａｓｅ，Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３００，Ｃｈｉｎａ；　

科技论坛2019.09

1280 引言由于航空技术是具有特殊性的行业，其重点就是保证飞行过程中的安全与可靠，在航空飞行中，发动机是至关重要的零部件，发动机质量的好坏直接关系到航空技术的发展程度，如果发动机中的任何一个零件损坏，都会给飞机造成巨大的威胁，因为航空发动机零部件的经贸制造技术关系到发动机的整体结构，想要研制出质量轻但可靠性高的结构就涉及发动机的零部件的精密研制。因此，要注重日常运行过程中对飞机发动机零部件的检验和维修，尽早地解除故障，为费劲安全、稳定的运行创造一个有利的环境。1 航空发动机中常见的故障类型1.1 零件自然损耗严重在远距离的飞行过程中，会遇到炎热的温度，潮湿的天气，长期飞行在这样的环境下，使得飞机的发动机容易受到空气内杂质的腐蚀，如果腐蚀加重，就会导致发动机故障，会在飞行过程中出现发动机失灵，导致严重的事故（如图1）。发动机没有固定的使用寿命，其具体的使用时间要凭借其内部的零部件的保养和维护来决定，通过对零部件的分解，才能够确定其具体的使用年限，在这段时间里，如果发动机零部件的维护不到位，就会影响发动机其他零件的相互配合和使用[1]。1.2 航空发动机零部件的使用故障在航空发动机零部件的使用过程中，各种精密器件例如发动机叶片（图2），在使用的过冲中会受到离心负荷的影响，如果叶片的稳定性不足，很容易使的旋转中的叶片划破发动机的外壳，而使飞机失去平衡；并且在持续高温的作用下，很容易导致叶片出现断裂的现象，致使叶片缠绕在发动机内部，会使发动机受到气压的冲击，减损了叶片的使用寿命。根据统计，叶片发生这种故障的几率约为50%以上，占航空发动机零部件故障总量的一半以上。图1 发动机故障事故1.3 航空发动机的零部件的设计精度低在航空发动机的零部件的设计中，加工精度不够精确，尤其是在曲面结构以及环形结构当中，没有很好地融入切割航空发动机零部件精密制造技术研究问沛园，赵成（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）摘要：随着我国航空事业突飞猛进的发展，也对航空发动机的性能提出了更高的要求，由于在整个飞行的过程中，发挥主要作用的就是发动机这一零部件，由于发动机自身的性能原因，导致其体积偏大，质量偏重，给飞行过程带来了很多的难题，从而严重影响了发动机的质量和性能，因此，要加强对航空发动机零部件精密制造技术的研究。本文对航空发动机零部件容易出现的故障入手，阐述了对发动机零部件精密制造技术的相关研究方法。关键词：发动机；零部件；精密制造Research on Precision Manufacturing Technology of Aeroengine PartsWen Peiyuan，Zhao Cheng（Chinese Flight Test Establishment, Xi’an Shaanxi，710089）Absrtact: With the rapid development of aviation industry in China, higher requirements are also put forward for the performance of aero-engine. As the main part of the engine plays a major role in the whole flight process, due to the performance reasons of the engine itself, its volume is too large and its mass is too heavy, which brings a lot of difficulties to the flight process, thus seriously affecting the development of aero-engine. Because of the quality and performance of the engine, it is necessary to strengthen the research of precision manufacturing technology for Aeroengine parts. In this paper, starting with the common faults of aeroengine parts, the related research methods of precision manufacturing technology for Aeroengine parts are expounded.Key words: engine; parts; precision manufacturing科技论坛2019.09

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面向航空发动机的设计制造协同系统的研究

作者：庞丹 亢亚敏

来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2014年第06期

航空发动机的研制是一项涉及到设计、制造和试验等多学科领域和多厂所合作的复杂系统工程。多年来，传统的顺序工程方式和各部门之间基本独立进行的工作模式造成了信息交流的障碍，不能适应新一代发动机多厂所协同研制的工作模式，难以有效地管理和协调这种复杂的过程，在研制过程存在很多不增值的环节，造成设计与制造的脱节，延缓了型号研制周期，增加了研制费用。

为突破和掌握新型号发动机的关键设计技术和制造能力，缩短产品研制周期，迫切需要设计与制造的紧密协同和快速响应。在总结发动机型号研制的经验的基础上，建立多厂所联合研制模式，通过采用先进的数字化技术，总结发动机型号研制的经验，在发动机设计所和相关生产厂的范围内，建立支持发动机研制的协同工作机制和主要业务流程、协同工作规范，实现设计过程中主要专业的协同与并行；开发基于金航网的支持多厂所发动机联合研制的数字化设计制造应用验证平台，建成一个信息统一、管理规范、协调一致的协同工作环境。

一、主要业务需求分析

作为国内航空发动机行业的骨干单位，笔者所在企业在近几年的信息化建设中，对CAD、CAM和PDM等都具有一定规模的应用，在部分发动机关键零件工装设计、工艺设计、数控加工中取得了明显效果。但是，由于设计和制造的数字化技术的发展是分散独立进行的，部分模块单独应用居多，集成应用较少，没有形成有效的数字化设计制造体系，导致信息和数据的不唯一、协调困难，可靠性差，无法保证产品质量和缩短产品研制周期。随着新产品、新技术的不断发展，新一代发动机的研制在组织形式上也有了很大的转变，将发挥我国航空发动机全行业的优势，打破一厂一所的界限，由多个设计所和制造厂共同承担研制任务。在技术上也采用了大量的新结构、新材料和新工艺，这些新技术需要在验证机平台环境下得到验证和考核，设计、制造和试验的信息交流效率，准确性、数据的一致性等都将对研制工作产生直接影响。为适应这种研制模式和型号发展周期、技术跨度的需求，应该全面应用和发展数字化设计制造技术，推行并行工程，为跨地域的发动机研制提供数字化创新平台。

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航空发动机管路设计研究

作者：张香华 王立志 党伟

来源：《中国新技术新产品》2018年第12期

摘 要：航空发动机中的导管主要是用来为发动机和飞机输送燃油、滑油、液压油、空气和氧气等的工作介质，是发动机和飞机的一个重要的组成部分，任何一根导管出现断裂故障都会造成严重的事故，重者甚至会导致机毁人亡。由于导管安装位置苛刻、温度、压力不断变化，其受力较复杂。航空发动机导管工作的可靠性对发动机性能、寿命至关重要。发动机管路系统研究，除要考虑材质可靠、耐用性之外，还需要考虑诸多因素。本文从航空发动机管路设计原则出发，研究了发动机管路系统设计时，需要重点考虑的因素，涉及管路布局、间隙、补偿结构和应力等，本文为从事航空发动机系统研究与设计的工程技术人员提供参考。

關键词：发动机；管路设计；研究

中图分类号：V233 文献标志码：A

1 航空发动机导管设计原则

发动机管路设计中遵循先进性和继承性原则，选择并继承成熟的传统技术，还要广泛收集资料和信息，充分利用先进的设计技术和软件进行设计，设计中按照方案优选、参数优化原则进行改进，管路系统元件应采用标准件、通用件或按照标准设计。在强度、功能和重量都满足要求的前提下，优先选择成本低的材料和工艺。

管路系统应结构简单、尺寸小、重量轻，管路敷设不允许超出发动机轮廓控制线，管路系统应具备可伸缩性和能够自行进行热补偿的功能，并具备足够的强度储备和良好的振动特性。管路中介质流速一般要求滑油管路的滑油最大流速应小于5.0m/s，滑油回油管路的滑油最大流速应小于3.5m/s，燃油管路的介质最大流速应小于9.5m/s。

2 管路设计要求

航空发动机滑油管路、滑油、空气管路的最高温度应当限制在防止碳化物的形成和滑油降解的温度，通过使用可允许的最小的管径来减少介质的滞留时间。在密封形式为金属对金属的地方，不允许使用密封剂。管路系统设计要有高可靠性、良好维修性、足够的安全性。容易错装的管接头，应采用防错设计。所有的管路连接处都必须设计稳妥的锁紧措施。