一种螺旋桨叶片测量技术

摘要

本发明公开了一种螺旋桨叶片测量技术，包括如下步骤：在测量设备螺距规上安装横向转换器；根据测量基准进行横向转换器的基准设定；使用横向测杆在叶片所需测量的半径和高度方向上测量叶片对应点的角度；对测量数据进行转换，将叶片对应点的角度进行运算，计算出叶片对应点在坐标系中的实际角度值；通过公式计算出每个压力面和吸力面的测量点的空间坐标值；将计算出的空间坐标值连接绘制成样条曲线，再通过样条曲线组绘制网格曲面，与理论模型进行比对，确定叶片与理论的差值。本发明的测量技术解决了大螺距角叶片的测量问题，同时也可用于其他形式叶片的测量，具有操作灵活方便，测量精确度高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术，具体地说是一种螺旋桨叶片测量技术。

背景技术

螺旋桨是依靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的 装置。螺旋桨叶片是螺旋桨制造的核心，其制造质量直接影响螺旋桨的使用性 能和寿命。高精度的检测不仅是判断叶片是否合格的依据，更成为叶片加工过 程中质量控制的重要环节。

然而随着螺旋桨研究的深入，叶片型式也不断推陈出新，出现了大螺距角 叶片。此类叶片螺距角一般都大于70°，空间扭转大，截面形状复杂，若采用传 统的圆柱坐标系测量方法会给测量带来很多问题，主要有以下两个方面：

1)测量可靠性问题

传统测量方法的测杆头部为一个锥体，在测量大螺距角叶片时，有两种情 况影响测量的可靠性：一是测头在未测到指定点时已与叶片发生干涉，如图1 所示，图中A点为测量点，A'点为测头与叶片发生干涉点；二是测头无法对指 定测量点进行测量，如图2所示，图中A点为测量点，A″点为测头无法到达指 定测量点的示意点。以上两种情况均无法真实全面的反映叶片的实际状态，不 能保证测量的可靠性；

2)测量精度问题

由于叶片螺距角较大，采用传统测量方法测量时，测杆易在叶片表面产生 偏移，如图3所示，在此状态下对测量点A进行测量时，由于测杆偏移导致实 际测量的是偏移测量点A″'，两者相差h约1mm左右，而实际公差要求仅为 0.5mm，严重影响测量精度。

发明内容

根据上述提出的对于大螺距角叶片测量中出现的测量可靠性差和测量精度 有偏差的技术问题，而提供一种螺旋桨叶片测量技术。本发明主要利用在测量 设备螺距规上安装横向转换器，将叶片测量由轴向测量改为径向测量，由依据 半径和角度测量高度改为依据半径和高度测量角度，从而确定叶片实际状态与 理论的差别。

本发明采用的技术手段如下：

一种螺旋桨叶片测量技术，其特征在于包括如下步骤：

①安装转换器

在测量设备螺距规上安装横向转换器，横向转换器可根据叶片之间间隙任 意调整安装角度；

②基准设定

根据测量基准进行横向转换器的基准设定，基准设定包括设定高度基准、 半径基准和角度基准，其中，

半径基准通过横向测杆的测头与标定的半径基准点对齐为准，记录对应半 径(R₁、R₂、R₃……R_i)转换后的半径(R₁'、R₂'、R₃'……R_i')和压力面角度值 (θ₁、θ₂、θ₃……θ_i)、吸力面角度值(Φ₁、Φ₂、Φ₃……Φ_i)；

高度基准通过横向测杆的测头与水平面对齐为准；

角度基准以叶片的基准线为测量基准，设置为零；

③测量

使用横向测杆在叶片所需测量的半径(R₁'、R₂'、R₃'……R_i')和高度(H₁、 H₂、H₃……H_i)方向上测量叶片对应点的角度(α₁'、α₂'、α₃'……α_i')和(β₁'、β₂'、 β₃'……β_i')；

④角度转换

对测量数据进行转换，将叶片对应点的角度(α₁'、α₂'、α₃'……α_i')、(β₁'、β₂'、 β₃'……β_i')与(θ₁、θ₂、θ₃……θ_i)、(Φ₁、Φ₂、Φ₃……Φ_i)进行运算，计算出叶片 对应点在坐标系中的实际角度值(α₁、α₂、α₃……α_i)、(β₁、β₂、β₃……β_i)；

α_i、θ_i和α_i'满足：α_i＝θ_i-α_i'，其中，

α_i为R_i半径上压力面对应H_i高度点测量角度值；

θ_i为R_i半径上压力面使用横向转换器后的转换角度值；

α_i'为R_i半径上压力面对应H_i高度点使用横向转换器后的测量角度值；

β_i、θ_i和β_i'满足：β_i＝β_i'-Φ_i，其中，

β_i为R_i半径上吸力面对应H_i高度点测量角度值；

Φ_i为R_i半径上吸力面使用横向转换器后的转换角度值；

β_i'为R_i半径上吸力面对应H_i高度点使用横向转换器后的测量角度值；

⑤数据转换

通过下述公式计算出每个压力面和吸力面的测量点的空间坐标值(x_i，y_i， z_i)，

x_i＝R_i*cosα_i或x_i＝R_i*cosβ_i；

y_i＝R_i*sinα_i或x_i＝R_i*sinβ_i；

z_i＝H_i；

x_i为R_i半径上某测量点对应的横坐标值；

y_i为R_i半径上某测量点对应的纵坐标值；

z_i为R_i半径上某测量点对应的高度坐标值；

⑥数据比对

将步骤⑤中计算出的每个R_i半径上压力面和吸力面的测量点的空间坐标值 (x_i，y_i，z_i)连接绘制成样条曲线，再通过样条曲线组绘制网格曲面，与理论 模型进行比对，确定叶片与理论的差值。

较现有技术相比，本发明的测量技术解决了大螺距角叶片的测量问题，同 时也可用于其他形式叶片的测量，包括CLT式、Kappel式等叶梢结构复杂的螺 旋桨叶片。通过横向转换器可对不同高度圆周方向360°的点进行测量，增加了 测量范围，避免了测量干涉情况的产生，提高了测量的可靠性；通过控制测头 百分表的示数在0～0.05mm范围内，保证了测头在不同测点的一致性，避免了由 于测头接触力值不同产生的测量误差，提高了测量的精度。测量角度精度可达 0.01°，高度和半径精度可达0.01mm，可满足加工要求。基于上述理由本发明可 在螺旋桨叶片测量领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是测头与叶片发生干涉的示意图。

图2是测头无法达到指定测量点的示意图。

图3是测杆偏移产生测量偏差的示意图。

图4是横向转换器的示意图。

图5是本发明压力面测量时测量角度转化示意图。

图6是本发明吸力面测量时测量角度转化示意图。

图7是本发明通过坐标点建立样条曲线示意图。

图8是本发明建立样条曲线组示意图。

图9是本发明通过曲线组建立网格曲面示意图。

图10是本发明理论模型与实际差值比较示意图。

图中：1、测头2、百分表3、横向测杆4、安装螺栓；

m为安装角度，L为高度基准线，M为叶片螺距角。

具体实施方式

一种螺旋桨叶片测量技术，包括如下步骤：

①安装转换器

如图4所示，在测量设备螺距规上安装横向转换器，安装螺栓4与螺距规 的测杆连接，横向转换器可根据叶片之间间隙任意调整安装角度m。

②基准设定

如图5、图6所示，根据测量基准进行横向转换器的基准设定，基准设定包 括设定高度基准L、半径基准和角度基准，其中，

半径基准通过横向测杆3的测头1与标定的半径基准点对齐为准，记录对 应半径(R₁、R₂、R₃……R_i)转换后的半径(R₁'、R₂'、R₃'……R_i')和压力面角 度值(θ₁、θ₂、θ₃……θ_i)、吸力面角度值(Φ₁、Φ₂、Φ₃……Φ_i)；

高度基准L通过横向测杆3的测头1与水平面对齐为准；

角度基准以叶片的基准线为测量基准，设置为零；

通过控制测头百分表2的示数在0～0.05mm范围内，保证了测头1在不同测 点的一致性，避免了由于测头1接触力值不同产生的测量误差，提高了测量的 精度。

③测量

使用横向测杆3在叶片所需测量的半径(R₁'、R₂'、R₃'……R_i')和高度(H₁、 H₂、H₃……H_i)方向上测量叶片对应点的角度(α₁'、α₂'、α₃'……α_i')和(β₁'、β₂'、 β₃'……β_i')；

④角度转换

对测量数据进行转换，将叶片对应点的角度(α₁'、α₂'、α₃'……α_i')、(β₁'、β₂'、 β₃'……β_i')与(θ₁、θ₂、θ₃……θ_i)、(Φ₁、Φ₂、Φ₃……Φ_i)进行运算，计算出叶片 对应点在坐标系中的实际角度值(α₁、α₂、α₃……α_i)、(β₁、β₂、β₃……β_i)；

α_i、θ_i和α_i'满足：α_i＝θ_i-α_i'，其中，

α_i为R_i半径上压力面对应H_i高度点测量角度值；

θ_i为R_i半径上压力面使用横向转换器后的转换角度值；

α_i'为R_i半径上压力面对应H_i高度点使用横向转换器后的测量角度值；

β_i、θ_i和β_i'满足：β_i＝β_i'-Φ_i，其中，

β_i为R_i半径上吸力面对应H_i高度点测量角度值；

Φ_i为R_i半径上吸力面使用横向转换器后的转换角度值；

β_i'为R_i半径上吸力面对应H_i高度点使用横向转换器后的测量角度值；

⑤数据转换

通过下述公式计算出每个压力面和吸力面的测量点的空间坐标值(x_i，y_i， z_i)，

x_i＝R_i*cosα_i或x_i＝R_i*cosβ_i；

y_i＝R_i*sinα_i或x_i＝R_i*sinβ_i；

z_i＝H_i；

x_i为R_i半径上某测量点对应的横坐标值；

y_i为R_i半径上某测量点对应的纵坐标值；

z_i为R_i半径上某测量点对应的高度坐标值；

⑥数据比对

将步骤⑤中计算出的每个R_i半径上压力面和吸力面的测量点的空间坐标值 (x_i，y_i，z_i)通过Siemens的NX7.0软件绘制成样条曲线，使用插入→曲线→ 样条→通过点→文件中的点，形成R_i半径上压力面和吸力面的样条曲线，再使 用插入→网格曲面→通过曲线组→选择R_i半径上压力面和吸力面的样条曲线形 成网格曲面，与理论模型进行比对，确定叶片与理论的差值。

实施例

以测量半径R＝871.89mm的压力面，高度(mm)分别为-480、-430、-330、 -230、-130高度点为例，具体测量计算结果如下表所示；

压力面测量角度为实测角度，精度可达0.01°，此读数可通过螺距规显示读 取；实际半径R为螺距规测量选取半径，精度可达0.01mm，此读数可通过螺距 规显示读取。

首先，通过计算公式计算出测点的空间坐标值(x_i，y_i，z_i)，据此坐标值建 立样条曲线1(如图7所示)；然后，按照上述方式，分别在不同半径建立样条

曲线2、3、4、5(如图8所示)；再通过曲线组建立网络曲面(如图9所示)； 最后通过模型对比，确定实际叶片与理论模型的差值(如图10所示，可选取不 同点与理论模型比较偏差)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。