新型测量系统助力

发动机涡轮叶片喉道面积测量

中国航发成都发动机有限公司(420厂)创建于1958年，是“一五”期间国家156个重点项目之一。主营航空发动机研发、制造、销售、服务和外贸转包生产。61年来，公司研制生产了各型航空发动机，是武器装备动力保障单位，也是GE、RR、HON等国际知名企业航空零部件优秀供应商。

中国航发成都发动机有限公司构建了以国家认定企业技术中心，中国合格评定国家认可委员会认可的国家检定/校准实验室，国家级理化检测中心、国防区域二级计量站、四川省院士（专家）工作站为核心的技术创新平台。其中，国防区域二级计量站作为公司计量主管部门负责公司测量控制体系的建立和持续改进，以推进测量设备周期溯源、专用测试设备、计量保证管控及测量控制体系持续改进为重点，通过完善制度、过程审核、系统培训、参与校准过程等手段，将计量工作逐步贯穿与武器装备产品设计、科研、生产、试验等各个环节。

一、背景情况

目前，涡轮叶片喉道面积（排气面积）测量主要在单件机加后和导向器两个阶段进行，测量原则为最终导向器测量为准，单件叶片测量结论作为选配导向器装配的参考。因此，为了保证导向器与叶片测量结论一致，需要在基于喉道面积测量技术文件的前提上，设计出可同时满足单件喉道面积测量与导向器测量的装置。过去采取的测量方案会降低测量结果的一致性，因此需要开发一种更快捷更稳定的涡轮导向叶片喉道面积（排气面积）测量装置。　

二、技术措施

1.测量定义

（1）导向器流通截面的数据测量必须在通过叶片尾缘R中心轴线的截面B-B上进行（见图1，在α角度范围内，测量数据见表1）。

图1 导向器流通界面示意图

（2）各级导向器都有与之相对应的流通截面标准件，标准件是通过给定窗口高度H、宽度a1和a2以及测量位置来确定的。

（3）标准件窗口宽度a1和a2值是叶片排气边缘半径处和相邻叶片叶背型面之间的距离，且a1、a2分别与H垂直， a2与下缘板距离为C，a1与a2相距B。

（4）标准件窗口高度H是导向叶片内外缘板之间沿窗口中线方向的距离。

（5）用测量仪器直接测出实际流通截面面积与该级标准件面积的偏差△Fn，进而得到实际值。计算公式为：

 F 标=H·(a1+a2)/2。F 实=F 标+△Fn。

2.技术方案

通过对发动机某级导向叶片的测量要求进行分析，叶片喉道面积测量定位主要为叶身排气边尾缘中心线、上缘板流道H高度点以及测量截面（a1截面叶背点）固定一点形成定位六点，如图2所示。测量采集采用数字量电感，通过杠杆采集的原则，一侧与传感器接触，一侧通过弹簧驱动与被测部位接触，完成采集，将采集数据通过喉道面积测量装置进行自动计算、分析和输出。

图2 叶片喉道面积测量定位点

根据制定的技术方案，为实现该喉道面积的测量，需要设计面积测量测具、标准面积对表件以及模拟夹具。面积测量测具作用是搭载测量系统中数字位移传感器，通过杠杆原理及测量定位要求完成叶片单个窗口的喉道测量点的数据采集，该类型叶片主要由两个叶身截面和一个高度进行梯形面积拟合计算，结合测量定位要求。为实现面积数据的采集，需要4个传感器，其分布为a1截面排气测量点一个、a2截面两个测量点、流道高度H一个测量点，如图3所示。

图3 面积测具

3.测量装置设计

标准面积对表件作用主要为对面积测具按照测量文件进行理论对表，该对表件的设计定位形式与面积测具一致，标准件的设计主要是为了规避测量过程中测量装置的测量误差。

模拟夹具的作用是固定单个叶片，并模拟出盆背两侧的半个模拟截面，保证稳定测量单个叶片的面积截面点并拟合被测叶片的通道截面，完成单个叶片的面积测量。模拟测具定位以进气边缘板、叶盆楔面以及缘板流道点定位（也可根据发动机装配基准进行设计）进行结构设计。

开发叶片喉道面积测量软件。完成叶片两个半窗口的面积数据的采集，通过测量装置的数据处理，分别计算出叶盆半窗口面积和叶背半窗口面积，最终输出单个叶片面积。

三、具体成效

整个测量系统的建立，围绕测量设计文件进行，测量系统可完成叶片和导向器的测量。测量效率、准确性及一致性远高于人工记录计算和三坐标测量。该测量系统作为专用测量设备极大提高了测量效率，降低了测量成本。在测量系统校准方面，通过对传感器和标准件的标定，确保测量结果量值溯源准确可靠。

四、感受体会

航空发动机制造过程中所涉及的一些参数测量，往往无法使用通用测量器具完成，需要根据不同参数设计专用的测量设备。该测量系统的研制过程，为公司其他专用测量设备研制提供了较好的借鉴，也能为同行业发动机涡轮叶片喉道面积测量提供一种新的选择。