叶片微结构对减阻性能影响及数控加工刀位轨迹规划

摘要

随着世界能源危机的出现，对高燃油率的航天航空业提出了挑战。而叶轮零件作为航空发动机的重要部件，其工作特性直接影响了发动机的整体性能。因此，研究叶片表面微结构对减阻性能影响，以减少叶片流动损失与能量耗散，提高其工作性能，是一项非常重要的任务。本文针对此问题，主要做了以下工作:
　　(1)叶片表面微结构减阻性能研究。本文首先应用FLUENT软件对四种不同形状、尺寸的微结构减阻性能进行了模拟仿真，得到微结构减阻效果与其形状、无量纲尺寸之间的关系，结果表明:梯形槽的减阻效果最佳，且在无量纲尺寸s+=15.5时，减阻率达到最大，为12.12％;随后将梯形槽应用在叶轮叶片表面，并通过仿真验证了叶片表面微结构的减阻性能，结果表明，在叶片吸力面上，梯形槽的减阻率可达8.53％。
　　(2)叶片表面微结构刀位轨迹规划。首先建立了微结构加工对象叶轮的三维模型，根据加工微结构形状、尺寸设计了刀具，然后研究了刀轴矢量变化对微结构加工变形的影响，并以减小加工变形为目标重构了微结构加工区域，规划了叶片表面微结构刀位轨迹，最后对刀位信息进行了后置处理，得到了数控加工程序。
　　(3)叶片表面微结构加工仿真和实验。首先，使用UG软件生成了微结构加工对象叶轮的数控加工程序。然后，使用VERICUT软件对UG生成的叶轮加工程序和后置处理生成的微结构加工程序进行了刀轨仿真。最后，在本实验室五轴联动数控机床上对所有数控程序进行加工实验，验证了微结构加工刀位轨迹规划的可行性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．2非光滑微结构表面减阻技术研究

1．2．1常见的减阻方法

1．2．2微结构表面减阻技术研究现状

1．3微结构加工技术研究现状

1．3．2微结构加工刀位轨迹规划

1．4论文的研究意义

1．5论文主要研究内容

1．6本章小结

2叶片表面微结构对减阻性能影响研究

2．1．2流体运动基本方程

2．1．3湍流数值模拟方法

2．1．4 FLUENT常用湍流模型

2．1．5湍流模型的近壁处理

2．1．6控制方程离散与求解

2．2沟槽面减阻性能仿真模拟

2．2．1计算域模型建立

2．2．2计算域网格划分

2．2．3计算域边界条件设定

2．3沟槽面仿真结果及减阻机理研究

2．3．1数值模拟结果分析

2．3．2沟槽面减阻机理研究

2．4叶片表面微结构减阻性能研究

2．4．1计算域建模与网格划分

2．4．2湍流模型与边界条件的设定

2．4．3仿真结果分析

2．5本章小结

3叶片表面微结构加工刀位轨迹规划

3．1．1 B样条曲线曲面基本理论

3．1．2整体叶轮三维造型

3．2微结构加工刀具设计

3．3刀轴矢量变化对沟槽变形影响研究

3．3．1刀轴矢量绕刀轨在刀触点处的切矢量转一定角度

3．3．2刀轴矢量绕刀轨刀触点的单位法矢量转一定角度

3．4吸力面微结构加工区域的重构

3．4．1提取叶片吸力面加工区域数据

3．4．2重构吸力面微结构加工区域

3．5叶片表面微结构加工刀位轨迹规划

3．5．1计算刀具轨迹参数

3．5．2计算刀位点

3．5．3计算刀轴矢量

3．6后置处理

3．7本章小结

4微结构加工仿真与实验

4．1．1 加工叶轮毛坯的刀位轨迹规划

4．1．2叶轮毛坯加工仿真

4．2叶片表面微结构数控加工仿真

4．3叶片表面微结构数控加工实验

4．4本章小结

5总结与展望

5．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集