航空发动机叶片加工变形因素分析及控制

2019.04科学技术创新-37-航空发动机叶片加工变形因素分析及控制

蔺治强梁巧云

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁沈阳110043）

摘要:在世界范围内，一个国家的工业综合实力往往是通过航空发动机的研发和加工技术水平来体现的。在航空发动机加工的过程中有效的保障加工质量，控制加工变形已经成为了航空发动机生产以及研发过程中的重要课题，对于航空事业的发展有非常积极的作用。在航空发动机生产过程中，叶片的生产工艺非常关键，不论是从叶片的加工精度以及叶片的加工质量上都有着非常严格的要求。由于航空发动机的叶片形状曲面较多，因此如何控制叶片的加工尺寸以及加工精度就成为了叶片加工过程中的重要环节。

关键词:航空发动机；叶片加工；变形因素;控制措施

中图分类号:V263文献标识码：A

作为航空发动机中的重要组成部分，叶片的质量对于发动机的性能至关重要。因此在发动机加工的过程中，其加工精度以及加工质量要严格进行控制。在整个航空发动机加工的过程中，叶片的加工量占到了总加工量的三分之一，因此叶片的加工质量在很大程度上决定了发动机的加工质量。在发动机加工制造的过程中，由于我国加工设备以及加工工艺等因素的限制，导致了我国的发动机加工精度和质量，尤其是叶片的加工工艺和加工质量受到了非常大的影响，严重的影响了发动机叶片的加工效率。在长期的发动机叶片加工过程中,我们可以得知，叶片的加工轮廓精度达到25“m的情况下，我们可以通过控制和提升叶片的表面加工粗糙度来实现叶片加工质量的提升,同时也能够有效的提升叶片的加工效率。总体上来分析，我们在进行叶片加工的过程中，只有采取适当的加工工艺以及加工技术,才能够有效的提升叶片的加工精度和加工质量,进而有效的实现发动机加工质量的提升。发动机加工质量的提升不仅仅能够有效的提升航空发动机的运行效率，同时还能够减低航空发动机的运行油耗。

1航空发动机叶片加工的基本现状。

航空发动机使用的基础材料的进步使得我国的航空发动机进入了一个新的阶段，航空发动机叶片所使用的材料逐渐地由钛合金、镰基高温合金逐渐向着金属基复合材料及陶瓷基复合材料等方面进行过渡。同时航空发动机叶片的扭角更大、厚度更薄从而对航空发动机叶片的轮廓加工精度和表面加工质量提出了更高的要求。现今在航空发动机叶片的加工制造中，由于五轴联动数控机床的大量应用及数控编程理论的不断深入，从而使得在航空发动机叶片的加工制造中对于高刚性复杂曲面自由度的航空发动机叶片已经能够达到较高的加工精度。

2影响航空发动机叶片加工变形的主要因素。

在航空发动机叶片加工的过程中，影响叶片加工变形的因素有很多，但是主要的影响因素有三个。首先是叶片加工过程中切削力的存在导致的叶片加工变形;其次是叶片加工过程中定位支撑不当导致的叶片加工变形;最后是叶片加工过程中的残余应力导致的叶片加工变形。

叶片在加工的过程中属于薄壁并且刚性较差的零部件，导致叶片在加工的过程中容易受到车床切削力的影响产生加工变形。这一变形主要是让刀变形。目前叶片的加工材料主要是高性能不锈钢以及高温钛合金材料，这些材料在加工的过程中也会受到切削力的影响出现让刀变形。叶片在加工的过程中变

文章编号：2096-4390（2019）04-0037-02

形量最大的位置在叶尖的位置以及刚性较差的位置。正是由于叶片的加工复杂性以及叶片的刚性不均匀分布等因素，导致了叶片在加工过程中容易受到切削力的影响，出现加工变形。叶片在加工的过程中，定位支撑方式的不恰当选择以及加工残余应力的存在也能够导致叶片的加工变形。很多时候，由于叶片加工工期的限制，会减少叶片加工热处理的次数。进行叶片加工的时候，热处理的主要作用是消除加工内应力,提升叶片的加工性能。减少热处理的次数对于叶片加工应力的去除非常不利，进而造成叶片加工过程中的变形问题。

在叶片加工中，很多的加工误差是由于夹装问题导致的。定位支撑的位置不准确不仅仅不能够提升叶片的加工精度，同时对于叶片的加工尺寸以及加工精度有非常大的影响。虽然目前很多的叶片加工都是通过添加支撑的方式进行叶片的加工定位，但是夹装定位同时会导致叶片的加工夹装误差，特别是在加工精度要求非常高的叶片的时候，夹装定位产生的叶片变形问题更加突出,我们需要在叶片加工的过程中给予重视和规避。

3有效控制航空发动机叶片加工变形的主要措施。

在控制航空发动机叶片加工变形的措施里面，目前来看最主要的控制措施有两种，首先是通过优化叶片夹装方式以及加工工艺的措施，控制叶片的加工变形;同时还可以通过不断的优化叶片的加工工艺参数来实现叶片加工误差的补偿，控制叶片的加工变形。在实际的叶片加工过程中，除了上述两种控制叶片加工变形的措施之外，还有很多的技术措施来控制叶片的加工变形。本文主要针对上面提及的两种控制叶片加工变形的措施进行详细的阐述。

3」提升叶片加工过程中的装夹方式。

目前最有效并且最直接控制叶片加工变形的描施就是改变叶片的加工夹装方式。我们可以通过改变叶片定位夹装的方式来控制叶片加工变形，或者我们也可以通过增加叶片加工支撑的方式来控制叶片的加工变形，上述两种方式都能够在叶片加工的过程中提升叶片的加工刚性,降低叶片加工辻程中的受力变形问题。改善夹装方式目前已经是航空发动机叶片加工中最常用的变形控制措施。通过实际的加工我们可以发现，在叶片夹装的时候,采用两端夹装定位的方式能够有效的提升叶片的抗变形能力，降低叶片的加工变形。除此之外，我们还可以利用辅助支撑的形式在叶尖加工工艺台上进行加固夹装，通过辅助支撑来提升叶片的轴向作用力，实现叶片的加工变形降低。我们除了改变叶片的夹装方式之外，我们还可以通过（转下页）

-38-科学技术创新2019.04

基于MPU6050的四轴飞行器姿态角解算

时琦

(浙江农林大学，浙江临安311300)

摘要：通过对IMU数据(陀螺仪、加速度计、磁力计等)融合补偿修正来解算出四轴飞行器在空中的飞行姿态，可以叫做IMU数据融合。相比于其他复杂滤波算法精度要低，但足够满足四轴飞行器的需要，使飞行器反应快，飞行稳。

关键词：IMU数据;姿态角；四轴飞行器；主控制器；互补滤波

中图分类号:V448.22文献标识码:A文章编号:2096-4390(2019)04-0038-02

1飞行器姿态角

姿态角就是以地球坐标系(以北东地构成坐标系X,Y,Z轴)

为基准，机体坐标系X,Y,Z轴与地球坐标系X,Y,Z轴相应的夹

角。主控器需要实时计算自己的姿态，才能控制我们想要的动

作。用数学模型来描述就是一个刚体的固连坐标系和参考坐标

系之间的角位置关系。姿态角有很多种表示方法。

2姿态角的表示

姿态角常用四元数，欧拉角，方向余弦矩阵等数学模型表达，根据四轴飞行器特点通常使用四元数，欧拉角和方向余弦矩阵。飞机通常用三个欧拉角横滚角(roll),俯仰角(pitch)航向角(yaw)表示机体相对于地球的空间转动。

2.1欧拉角表示

用一个静止不动的参考系一个固连于刚体的坐标系，根据刚体的旋转分别产生a、队丫即为欧拉角，如图lo

2.2四元数表示

四元数由四个元构成的数：Q(qo,qi,%g3)=go+gii+q2j+g3k

图1欧拉角

根据四元数的相同单位向量作四元数乘时成虚单位特性；相异单位向量作四元数乘时呈单位向量叉乘特性，四元数是不可交换延伸的复数，可看作四维向量。主要用其三角式：

Q=cos专+usin号。

2.3方向余弦矩阵表示空间

首先以绕Zn轴为例，推导旋转过程中空间坐标的转化，首先设坐标系1绕0Z1轴旋转a角后得到坐标系2,矢(转下页)

改善夹装方式来控制和降低叶片的加工变形。需注意的一点是，我们通过改变夹装的方式来控制叶片的加工变形，在很大程度上能够增加叶片的定位变形，同时辅助装置的增加并不会对加工残余应力进行控制，因此这一控制叶片加工变形的方式并不能够完全消除叶片的加工变形，只能够缓解叶片的加工变形。提升叶片夹装的措施只适用于叶片加工应力较小的情况下,对于叶片加工应力较大的情况并不适合。

3.2优化叶片加工过程中的工艺参数

在叶片加工的过程中，让刀变形非常常见。造成这一问题的主要原因在于叶片的刚性不足。因此为了有效的改善这一情况导致的叶片加工变形，我们要在叶片加工的时候，优化叶片的加工工艺参数。传统形式上的叶片加工都是采用分层消除叶片加工应力的方式来进行叶片加工。我国在叶片加工的时候，控制变形方式是增加加工余量补偿的方式进行加工变形控制，这一加工方式对于提升叶片的加工精度有非常大的帮助。同时我国的航空发动机叶片加工公司还提出了通过改善叶片加工工艺的方式来提升叶片的切削加工质量，这样也能够有效的控制叶片加工变形问题。优化叶片加工过程中的工艺参数最主要的作用就是能够控制叶片加工表面的加工质量，通过控制加工表面的加工精度来控制叶片的加工变形。

通常来讲由于也叶片加工过程中的受力不均匀，能够导致严重的加工变形问题，特别是叶片受到切削力影响的时候，加工变形更加的严重。因此我们在叶片加工的时候，要保障叶片加工的受力均匀，规避叶片的加工受力变形。要想有效的让叶片受力均匀,我们在实际的加工中要针对受力参数进行优化和提升,重点提升叶片的切削受力。通过优化叶片的受力情况，对于叶片的加工表面变形有非常大的帮助。

结束语

航空发动机在加工的过程中，对于加工质量和加工精度都有着非常严格的要求。为了有效的保障航空发动机的加工质量和精度，我们首先要保障叶片的加工质量和精度。在叶片的加工过程中，我们对于叶片的加工质量和加工稳定性都有一定的要求。由于叶片的曲面形状较多，因此我们在叶片的加工过程中存在加工尺寸保障难.加工精度保障难的问题，为了有效的提升叶片的加工质量和精度，我们在叶片加工的时候，要对叶片的加工变形进行有效的分析和控制，分析出叶片加工变形产生的原因，针对不同的原因进行针对性的改进和控制，保障叶片加工过程中的加工质量。

参考文献

[1]李勋,于建华，赵鹏.航空发动机叶片加工变形控制技术研究现状[J].航空制造技术,2016,516(21):41-49.

[2]刘维伟，张定华.航空发动机薄壁叶片精密数控加工技术研究[J].机械科学与技术,2004,23(3):329-331.

⑶刘长荣，张小芹,麻东升.提高薄壁零件加工精度的研究[J].廊坊师范学院学报:自然科学版

,2008(6):34-35,44.