涡轮叶片逆向建模与特征参数提取

赖喜德　李广府　张惟斌　陈小明　宋威　江海

目前在涡轮叶片设计方面大多仍采用传统设计方法[1].根据气动设计理论需进行叶形设计、气动性能分析与评估、刚强度分析、模型制造与性能试验等多个环节，是一个复杂而周期长的串行过程.为了缩短涡轮叶片的研制周期，降低成本，提高设计的可靠性，采用逆向工程技术，借助于性能优秀的涡轮叶片来研制新叶片是一条有效的技术途径.如何采用三维测量技术准确测量涡轮叶片实物，并还原涡轮叶片设计意图，提取相关特征参数等是基于原有涡轮叶片的二次创新的关键问题.在提取相关特征参数基础上可以进一步对涡轮叶片及叶身外形进行参数化设计.

传统涡轮叶片型线的参数化几何设计采用二次圆锥曲线[2]、五次多项式[3]、非均匀有理B样条（NURBS）[46]等方法.由于涡轮叶片的叶身为自由曲面，其参数提取有一定困难.文献[7]利用三次B样条对航空发动机边界点云拟合得到包络线，再利用包络线和点云重建了具有良好精度性和光顺性的数字化三维模型.文献[8]采用SCFA（segmentation and constrained fitting algorithm）方法捕捉设计的关键点，通过7段圆弧拟合涡轮截面线，还原燃气涡轮叶片的原始设计意图，但对于准确地提取相关特征参数却有一定的局限性.

逆向工程CAD建模的重点在于还原产品设计意图和重构模型的再设计能力，而不再是仅仅满足一定光顺性和精度性要求的几何模型重构[812].本文结合涡轮叶片研制的工程要求，以某已运行的涡轮叶片为研究对象，利用反求技术获得现有气动性能优秀的叶片数字化模型，并在此基础上提取相关特征参数.