涡轮叶片曲面的精确重构技术.pdf

第24卷第5期机械设计Vol.24No.5
2007年5月JOURNALOFMACHINEDESIGNMay2007

涡轮叶片曲面的精确重构技术*
曲巍崴,杜发荣,高峰,周煜
(北京航空航天大学汽车工程系,北京100083)

摘要:涡轮叶片在航空发动机上有着极其重要的作用,但因其形状复杂,故正向设计周期较长,且精度不易满足要
求。采用逆向工程技术,应用Imageware软件对其进行曲面精确重构。提出了点云处理、曲线生成、曲面重构的原则和
方法,并研究了修改NURBS曲面的理论基础。
关键词:逆向工程;涡轮叶片;精确还原
中图分类号:TP311.54文献标识码:A文章编号:1001-2354(2007)05-0034-03

涡轮叶片是航空发动机的关键部件之一,其结构对发动机Au等[5]利用NURBS曲线的齐次坐标形式研究了权因子与控
的整体性能有决定性影响。为了提高涡轮的效率,涡轮叶片的制顶点对NURBS曲线形状的调控。SanchezReyes[6]研究了单
表面形状通常设计成扭曲的变截面曲面,形状复杂,如图1。传个控制点位置与权因子同时变化对曲线形状的影响。张国华
统的涡轮叶片设计中,一般是先由总体性能部门设计出所要达等[7]给出了多个权因子同时改变对曲线形状的影响。刘文
到的性能指标,然后由结构设计部门进行设计,设计出达到起海[8]等利用NURBS曲面的齐次坐标表示考察了多个权因子和
动性能的叶片后,移交强度计算部门进行计算,如果不合格,要控制顶点同时变化对曲面的影响。在文中应用到的曲面修改
返回设计部门重新设计如此循环设计周期很长浪费人力物
,,方法主要有反插节点、移动控制顶点、重新参数化等,下面介绍
力[1]。现在的设计过程一般是由设计部门做出造型然后做风
,一下这些方法的理论基础。
洞试验,如果满足要求,采用快速成型技术加工出产品,再进行
1.2.1反插节点
数字化测量,利用逆向软件还原得到数模。
假设在u向,要插入新的控制顶点du,它位于控制网格的

di,jdi+1,j那条边上,被写成:

(1-A)Xi,jdi,j+AXi+1,jdi+1,j
du=(1)
(1-A)Xi,j+AXi+1,j
由此可得:
Xdd
A=i,jui,j(2)
Xi,jdudi,j+Xi+1,jdudi+1,j
图1涡轮叶片曲面这时要被插入的节点是:

u=ui+1+A(ui+k+1-ui+1)(3)
1理论依据类似地,在v向插入新的控制顶点dv于控制网格的di,jdi,j+1那
条边上,将有:
Xdd
1.1曲面的拟合B=i,jvi,j(4)
Xdd+Xdd
根据参数域选取的不同,可以分为矩形域曲面模型和三角i,jvi,ji,j+1ui,j+1
v=v+A(v-v)
域曲面模型。其中矩形域曲面是用B-spline和NURBS等方法j+1j+l+1j+1(5)
若仅在一个参数方向对原始控制网格插入一个新的控制
构造曲面,它的形成对数据点的要求较高,不太适合大规模散
乱数据点的曲面重建。三角域曲面模型是用三角Bezier曲面顶点,反插节点的结果将使该参数方向每排顶点都增加一个。
片组成三角网格模型,具有构造灵活,边界适应性好的特点,对在u向和v向分别同时插入新控制顶点du与dv的结果,每个参
复杂边界形状曲面的拟合有较大的灵活性。逆向工程软件数方向每排顶点都增加一个。
(Surfacer,Geomagicstudio)采用NURBS或者三角域曲面造1.2.2移动控制顶点
型,CAD/CAM软件(CATIA,UniGraphics)采用B样条方法或在曲面修改过程中,移动控制点是必不可少的一项操作。
NURBS方法进行造型。陈志杨[2]等人提出将三角曲面利用分例如,在给定的一个k@l次NURBS曲面上,欲将参数为u与v
割技术构造成若干块四边形的Coons曲面,再将Coons曲面通的一点p沿着方向矢量c移动距离s达到新点p*,则控制顶点
过转换成曲面从而实现散乱点模型的一般化处理。*
NURBS,di,j将移至di,j,即有:

1.2曲面修改*
p=p+AcRi,k;j,l(u,v)(6)
通过曲面的定义可知修改曲面的形状有种途
NURBS,3由此可得:
径改变节点矢量移动控制顶点改变权因子。皮
:(1);(2);(3)s
[3,4]A=(7)
格尔提出用控制顶点与权因子修改NURBS曲面的形状。|c|Ri,k;j,l(u,v)

*收稿日期:2006-10-01;修订日期:2006-12-20
作者简介:曲巍崴(1981-),女,黑龙江佳木斯人,博士研究生,主要研究方向:逆向工程,CAD/CAM等。
2007年5月曲巍崴,等:涡轮叶片曲面的精确重构技术35

*
则新的控制顶点di,j为:曲面的品质。
*
di,j=di,j+A