一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法、装置和设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法、装置和设备，以涡轮叶片外表面冷却效率测量为研究背景，该方法主要依托涡轮叶片叶型曲线的坐标点方程式拟合，可以将拍摄所得到的带曲率的涡轮叶片外表面图像展开成平面矩形图象。提取涡轮叶片外表面图像有效拍摄范围内的数据，并将有效数据以矩阵形式保存；确定实际叶片有效测试范围对应的展向高度，图像宽度；确定有效拍摄范围内叶片叶型弦的二维坐标并进行多项式拟合；使用处理软件和拟合方程计算矩阵数据对应的实际坐标点并依据实际坐标点绘制平面矩形图像。本发明专利技术解决了叶片表面曲面图像展平的难题，为获取涡轮叶片外表面绝热气膜冷却效率，综合冷却效率等提供了技术支撑。了技术支撑。了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法、装置和设备


[0001]本专利技术属于曲面图像处理
，具体涉及一种涡轮叶片冷却实验的涡轮叶片外表面曲面图像处理的方法、装置和设备。

技术介绍

[0002]随着发动机推重比越来越高，涡轮前端的温度也越来越高，已经远远超过了涡轮叶片材料所能允许的最高温度。因此，为了保证涡轮发动机的安全稳定的运行，亟须对涡轮叶片进行高效冷却。
[0003]航空发动机涡轮叶片冷却技术主要包括内部冷却和外部冷却技术。内部冷却技术主要包括冲击冷却，强制对流冷却，凹坑冷却等冷却技术，外部冷却主要指的是气膜冷却。其中，气膜冷却技术有着明显的技术优势并已在实际涡轮叶片中得到了广泛的应用。气膜冷却技术指的是在叶片前缘、压力面以及吸力面等叶身表面不同的位置开设离散的孔，进而使冷却剂在离散孔流出。流出气膜孔的冷却剂在主流的压迫作用下，形成气膜，气膜可以将主流高温燃气与叶片表面隔开，起到保护叶片的作用，并可以通过与叶片表面之间的换热带走一部分壁面热量。
[0004]当前，针对涡轮叶片冷却技术的研究主要有数值仿真和实验两种研究手段。其中，实验研究不仅可以提供更为可靠的数据，而且可以对数值仿真的结果进行准确性验证。因此，实验研究得到了越来越多的关注。目前，国内外关于涡轮叶片冷却技术的实验研究主要集中在静止平板和线性叶栅风洞上展开。对于静止平板实验来说，实验模型较为简单，可以通过拍摄获得直观的测试表面图像，实验数据处理简单，但是平板模型与实际涡轮叶片具有较大的差别。其实验数据虽然可以为涡轮叶片冷却结构设计提供一定的理论支撑，但是并不能够完全反映相应的冷却结构在涡轮叶片上的冷却效果。而对于线性叶栅风洞实验来说，实验研究直接针对无扭转涡轮叶片模型开展，相关模型虽然也进行了一定的简化，但是相对于平板模型来说，更贴近于实际涡轮叶片，其实验数据可以更好地支持涡轮叶片冷却结构的设计。
[0005]如前所述，线性叶栅风洞实验使用的是无扭转涡轮叶片模型，该模型表面为带曲率的弯曲表面，因此实验过程中直接拍摄得到的涡轮叶片表面图像对应的也是叶身弯曲表面。为了方便后续的实验数据处理与实验结果分析，需要在实验结束后将拍摄得到的图像数据展平为矩形平面。当前较为成熟的表面展开处理方法主要是棋盘格坐标变换法。该方法通常会用到实验叶片和标定叶片两种叶片。其中，标定叶片为贴有已知刻度棋盘格的、与实验叶片尺寸相同的参考叶片。当实验叶片与和标定叶片位置相同、相机位置固定时，相机拍得的弯曲的实验叶片表面坐标和标定叶片表面坐标一一对应。而棋盘格上每一个节点在展开后的正交坐标(XOY)是已知的，通过坐标线性插值变换即可将弯曲的图像转换为平面正交图像。该方法对棋盘格的尺寸有一定的要求，理论上来说，格子越密，尺寸越小，展平后的图像越接近真实的正交云图。然而该方法只适用于叶片和相机位置都固定的情况下，位置变换后则需要重新进行标定，并且实验过程中涉及两种叶片，步骤较为繁琐。
[0006]在无扭转涡轮叶片线性叶栅风洞实验过程中，随着待探究冷却结构不同，需要多次更换实验叶片，这就无法保证叶片和相机的位置固定，一旦位置发生了变动，则需要进行棋盘格标定工作，加大实验工作量。并且棋盘格和标定叶片之间的贴附也会造成一定的误差。基于此，考虑需要对每一个待测实验叶片进行图像展平处理，有必要开发一种新的涡轮叶片外表面图像展平的方法，可以更加快速而精准的对具有不同冷却结构的叶片的图像进行识别和展平，且待测叶片外表面的定位标记不影响实验结果的准确性。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法、装置和设备，解决现有方法步骤繁杂，误差较大的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术所述一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：选定实验叶片表面某一区域作为目标展平对象，在目标展平对象对应的测试范围内精准喷涂测试底漆；
[0010]步骤2：目标展平对象对应的叶型型线为压力面待拟合叶型曲线和吸力面待拟合曲线，分别对压力面待拟合叶型曲线和吸力面待拟合曲线进行拟合得到叶型拟合曲线关联式；
[0011]步骤3：根据目标展平对象所在叶身外表面的位置，选择压力面或者吸力面中的一个或者两个拍摄视窗拍摄实验叶片表面图像；
[0012]步骤4：利用叶型拟合曲线关联式对拍摄得到的表面图像进行展平处理。
[0013]进一步的，步骤1中的实验叶片具有如下特征：
[0014]特征1：实验叶片整体呈翼型状，所有的横截面叶型完全保持一致，叶片的压力面为带曲率的凹平面，吸力面为带曲率的凸平面；
[0015]特征2：实验叶片压力面、吸力面和前缘都开设有不同列数的气膜孔排，每一列气膜孔都沿叶高方向排布。
[0016]进一步的，步骤1中，选定的实验叶片表面某一区域为压力面，前缘或者吸力面的某一部分弯曲外表面或某一组合曲面。
[0017]进一步的，步骤3中，实验叶片表面图像以矩阵的形式保存有效数据。
[0018]进一步的，若步骤1中选定区域同时包括压力面部分和吸力面部分，则步骤2中对压力面部分叶型型线和吸力面部分叶型型线分别进行拟合。
[0019]进一步的，步骤4包括如下步骤：
[0020]步骤4.1、分别将实验拍摄得到的压力面图像和吸力面图像的有效数据采用矩阵的形式保存；
[0021]步骤4.2、根据叶型拟合曲线关联式，实际叶片有效测试范围对应的展向高度和图像宽度来计算像素点对应的展平后的坐标；
[0022]步骤4.3、使用展平后的坐标重新排列像素点并重新绘图；
[0023]步骤4.4、将压力面和吸力面展平后的图像进行旋转拼接，得到展平后的图像。
[0024]进一步的，步骤4.2包括以下步骤：
[0025]步骤4.2.1、以压力面图像宽度作为插值起止点之间的长度，以有效数据矩阵列数
作为插值个数，对图像宽度进行均匀的线性插值；以展向高度作为插值起止点之间的长度，以有效数据矩阵行数作为插值个数，对展向高度进行均匀的线性插值；
[0026]步骤4.2.2、使用叶型曲线关联式计算插值得到的图像宽度所对应的拟合曲线上的二维坐标，二维坐标和展向高度组成展平后的坐标。
[0027]一种用于涡轮叶片外表面图像展平的装置，包括：
[0028]第一采集模块，用于采集涡轮叶片压力面待拟合叶型曲线和吸力面待拟合曲线；
[0029]第二采集模块，用于采集涡轮叶片表面图像；
[0030]拟合模块，用于对压力面待拟合叶型曲线和吸力面待拟合曲线进行拟合，得到叶型拟合曲线关联式，并将叶型拟合曲线关联式发送至展平处理模块；
[0031]展平处理模块，用于利用叶型拟合曲线关联式对拍摄得到的表面图像进行展平处理。
[0032]一种计算机设备，包括电连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的展平方法的步骤2至步骤4。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：选定实验叶片表面某一区域作为目标展平对象，在目标展平对象对应的测试范围内精准喷涂测试底漆；步骤2：目标展平对象对应的叶型型线为压力面待拟合叶型曲线和吸力面待拟合曲线，分别对压力面待拟合叶型曲线和吸力面待拟合曲线进行拟合得到叶型拟合曲线关联式；步骤3：根据目标展平对象所在叶身外表面的位置，选择压力面或者吸力面中的一个或者两个拍摄视窗拍摄实验叶片表面图像；步骤4：利用叶型拟合曲线关联式对拍摄得到的表面图像进行展平处理。2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，其特征在于，所述步骤1中的实验叶片具有如下特征：特征1：实验叶片整体呈翼型状，所有的横截面叶型完全保持一致，叶片的压力面为带曲率的凹平面，吸力面为带曲率的凸平面；特征2：实验叶片压力面、吸力面和前缘都开设有不同列数的气膜孔排，每一列气膜孔都沿叶高方向排布。3.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，其特征在于，所述步骤1中，选定的实验叶片表面某一区域为压力面，前缘或者吸力面的某一部分弯曲外表面或某一组合曲面。4.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，其特征在于，所述步骤3中，实验叶片表面图像以矩阵的形式保存有效数据。5.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，其特征在于，若步骤1中选定区域同时包括压力面部分和吸力面部分，则步骤2中对压力面部分叶型型线和吸力面部分叶型型线分别进行拟合。6.根据权利要求1所述的一种用于涡轮叶片外表面图像展平的方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：步骤4.1、分别将实验拍摄得到的压力面图像和吸力面图像的有效数据采用矩阵的形式保存；步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀文涛，程想，丁俣中，万红牛，陶文铨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：