分别计算 两组缘板样本型线所对应的G点和S点，相应得到两组氏、!15，分别将其平均后带入计算；
[0106] 步骤十一：根据以下计算公式计算实际窗口、导向叶片、导向器的喉道面积以及超 差情况。
[0113] 式中$--导向叶片中单个窗口的喉道面积。
[0114]Fg一一一组导向叶片的喉道面积。
[0115]F 导向器的喉道面积。
[0116] i--窗口 序号。
[0117] 其中，jd、dl、nl、n2、n3可根据实际叶片情况，综合考虑计算精度和时间自由选取。 本例中，」(1、(11、111、112、113分别选取1.0、比-5臟、10、200、400。
[0118] 图7为本例中某叶片半窗口排气面积计算示意图，图中左右两侧的8条曲线分别 为盆、背侧宽度样本型线，线上的圆点表示宽度特征点；四条横向的虚线表示宽度线段，宽 度线段中间的圆点为宽度线段中点；图上下侧浅色型线为两套缘板样本型线，缘板样本型 线所在的深色面表示其经插值并绕X轴旋转形成的缘板面坐标点集；缘板面坐标点集上的 黑点表示S、G点；图中间的浅色竖向线段表示窗口的分段高度。
【主权项】
1. 一种测量、计算涡轮导向叶片和导向器喉道面积的方法，其特征在于：所述的测量、 计算涡轮导向叶片和导向器喉道面积的方法，具体为： 建立坐标系，确定窗口、叶片排序： 根据叶片图纸，选择精密加工位置，确定坐标系，X轴为发动机轴线，Z轴为叶片径向方 向； 假设导向器由k组叶片组成，每组叶片由e片叶片组成；定义相邻两片叶片之间的空档 为窗口，同一组叶片形成的窗口为全窗口，每两组叶片形成的窗口为半窗口；测量导向叶片 时，一组叶片的窗口总数为n，则η = e+Ι ;对于导向器，贝lj一共形成m = k*e个窗口； 从尾缘看起顺时针依次分别为窗口 1、2……，窗口 1应为此时叶片左侧的半窗口；在导 向器状态下，叶片坐标系Z轴所指定的叶片定义为叶片1，从尾缘看起顺时针依次为叶片1、 2......k ； 按顺序测量后续窗口时，需要依次将坐标系绕X轴旋转-360° /m ;例如当坐标系对应 的窗口为窗口 2;测量窗口 3、4时，分别将坐标系绕X轴旋转-360° /m、-720° /m; 确定宽度型线，计算理论宽度、缘板的特征点： 将组成同一窗口的两个叶片在不同Z值下的平行于XY平面的用于表征窗口宽度的叶 片外型线，称为宽度型线；根据叶片在径向的叶型分布，确定宽度型线组数，记为r，r不小 于3 ;若叶片为直叶片，其外型线在Z轴方向上无变化，则可在叶片径向方向均匀布置3组； 叶片越扭曲，r应越大； 确定各组宽度型线的分布，即Z轴坐标；选择时，应避开气膜孔、劈缝等内凹位置；对于 弯扭叶片，应尽量选择外型线凸近窗口方向的位置，此时通道两侧宽度型线的距离较小； 测量窗口同一 Z值下，两个叶片宽度型线之间的最小距离，并创建其所在的线段和所 对应的坐标点；称此线段为宽度线段，将理论、实际叶片宽度型线对应点分别称为理论宽度 特征点、实际宽度特征点，通称为宽度特征点；从叶尖至叶根宽度线段分别编号为线段1至 线段r，对应长度为线段1、2的中点的连线同上缘板流道面的交点，记为S点；线 段r、r 一 1的中点的连线同下缘板流道面的交点，记为G点；称S点和G点为缘板特征点， 对于理论叶片和实际叶片，分别称为理论缘板特征点、实际缘板特征点；相邻宽度线段中点 之间的距离分别为H2~H点同线段1中点的距离为H i，G点同线段r中点的距离为札+1; 将氏~!^+1称为窗口分段高度； 计算导向叶片和导向器理论喉道面积：式中f--导向叶片中单个窗口的喉道面积； Fg一一一组导向叶片的喉道面积； F 导向器的喉道面积； 确定并扫描宽度样本型线： 在理论叶片窗口的叶背侧型线方向上选取L1为15~20mm的型线，作为宽度样本型 线，使理论宽度特征点位于宽度样本型线中间；叶盆侧，将理论宽度特征点沿型线向前缘方 向延伸，同时另一侧跨越尾缘延伸至此叶片的叶背一小段，所形成的型线作为宽度样本型 线，L2长度为5~7mm ;在测量前应固定Ll、L2的长度，保证测量计算稳定性； 测量时，用三坐标扫描实际窗口不同Z值下两侧的宽度样本型线，要求相邻点间距不 大于0· 005臟，点坐标精度达到lE-5mm ;对于半窗口，只需扫描已有叶片叶身的宽度样本型 线； 确定并扫描缘板样本型线：在理论叶片上、下缘板上，选取L3长8-10mm的缘板样本型 线；对于全窗口，理论缘板特征点S(G)应位于缘板样本型线的中间位置；对于半窗口，为保 证缘板样本型线完整位于同一个叶片的缘板上，可令其沿Y轴平移L4，L4应尽量小；实际测 量前应固定L3、L4长度，保证测量计算稳定性； 测量时，用三坐标扫描窗口的缘板样本型线，要求点间距不大于〇. 1mm，点坐标精度达 到0. 005mm ;对于半窗口，每组叶片均需测量缘板样本型线，即在半窗口中，对于导向叶片 来说，有一组缘板样本型线，上、下缘板各一条；对于导向器来说，有两组缘板样本型线； 计算实际叶片和导向器喉道面积：通过自编程序计算实际导向叶片以及导向器的喉道 面积，其原理为： 步骤一：利用三次样条插值的方法对宽度样本型线进行加密插值； 步骤二：求同一 Z值下，盆背侧宽度型线数据点之间的最短距离，即宽度线段的长度 ? = 1~r);计算导向叶片排气面积时，半窗口中未知的宽度特征型线用理论型线代替， 理论型线指模拟导向器装配时，理论叶片两侧相邻叶片对应位置的型线； 步骤三：计算宽度线段的中点坐标，以及相邻中点之间的距离Hjj = 2~r); 步骤四：利用三次样条插值的方法对缘板样本型线进行加密插值； 步骤五：将插值后的缘板样本型线坐标点转化为柱坐标系坐标形式； 步骤六：对每个缘板样本型线坐标点，沿X轴旋转0~土jd°，均匀分布n2个点，形成 缘板面坐标点集； 步骤七：计算各缘板面坐标点到氏或Η ^所在直线的距离，寻找最短距离d，记录此点位 置以及X坐标； 步骤八：当距离d彡dl时，认为此点为直线同缘板面的交点S点或G点，计算直线上点 的X坐标所对应Y坐标和Z坐标，进而得到S点、G点的坐标； 步骤九：若距离d > dl时，在距离此点X坐标±5%范围内截取不同半径高度缘板样 本型线，jd = jd/n3*10, n2 = n3,重复步骤四~步骤八，直到距离d < dl ;若循环的次数 超过nl时，跳出循环，按照距离d彡dl进行后续计算； 步骤十：计算各窗口中的Wffj(j = 1~r+lhUd导向器半窗口中，需要分别计算两 组缘板样本型线所对应的G点和S点，相应得到两组氏、札+1，分别将其平均后带入计算； 步骤十一：根据以下计算公式计算实际窗口、导向叶片、导向器的喉道面积以及超差情 况；式中A--导向叶片中单个窗口的喉道面积； Fg一一一组导向叶片的喉道面积； F 导向器的喉道面积； i 窗□序号； 其中，jd、dl、nl、n2、n3可根据实际叶片情况，综合考虑计算精度和时间自由选取。
【专利摘要】一种测量、计算涡轮导向叶片和导向器喉道面积的方法，具体为：建立坐标系、确定相邻叶片间的空档即窗口排序后，根据叶片形状，在理论窗口确定可表征窗口宽度的叶片外型线即宽度型线，求其最小距离及其所在线段即宽度线段，确定理论宽度特征点，计算宽度线段中点连线到缘板流道面的交点，据此分段求取缘板高度并计算叶片理论喉道面积；确定并利用三坐标扫描实际宽度、缘板样本型线；插值样本型线后，根据上述方法求取实际叶片排气面积，其中缘板流道面通过将缘板样本型线坐标点转化为柱坐标系并绕X轴旋转形成。本方法具有排气面积数值测量计算准确、稳定、重复性好，导向叶片同导向器排气面积之间规律较好，不依赖于测具等优点。
【IPC分类】G01B21/28
【公开号】CN105333855
【申请号】CN201410789263
【发明人】刘永泉, 屈云凤, 曾令玉, 张志强
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2014年12月17日