基于特征的航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路反求建模系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響其可靠性和維修性。由于布局空間限制嚴(yán)格，管道層疊交錯(cuò)、形狀復(fù)雜，管路設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)管理一直以實(shí)物樣件為信息介質(zhì)。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)向數(shù)字化方向發(fā)展，對(duì)管路數(shù)字化設(shè)計(jì)中的反求建模新技術(shù)提出了迫切需求?；谔卣鞯姆辞蠼Ｊ欠辞蠊こ萄芯款I(lǐng)域近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)。將其應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)管理中的三維建模，不僅可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，而且也可以直接驅(qū)動(dòng)管路的數(shù)字化制造與檢測(cè)，大

2、大縮短研制周期，降低研制費(fèi)用。 本文針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路的反求建模問(wèn)題，系統(tǒng)地研究了基于特征的反求建模理論和方法。提出了基于特征的航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路反求建模系統(tǒng)框架；并圍繞其中的多視數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分割、特征提取和管路特征建模等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并開發(fā)出一個(gè)軟件原型系統(tǒng)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)際管道的測(cè)量與重構(gòu)實(shí)驗(yàn)，對(duì)本文的理論、方法和系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。論文的主要研究成果包括： 1.提出了基于特征的航空發(fā)動(dòng)

3、機(jī)管路反求建模系統(tǒng)框架。分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路中管道設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r；研究了基于特征的反求工程技術(shù)，提出了基于曲面特征和截面特征相結(jié)合的管路反求建模方法。分析了反求建模方法的實(shí)現(xiàn)流程及其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而提出了基于特征的管路反求建模系統(tǒng)框架及其實(shí)現(xiàn)方法。 2.分析了曲面微分幾何屬性，提出了管路測(cè)量數(shù)據(jù)的多視數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法?？偨Y(jié)了曲面的微分幾何屬性，并對(duì)微分幾何屬性的估計(jì)技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析。針對(duì)管路測(cè)量數(shù)據(jù)的多視數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

4、問(wèn)題，提出了一種粗配準(zhǔn)和精配準(zhǔn)相結(jié)合的多視數(shù)據(jù)配準(zhǔn)新算法。粗配準(zhǔn)可有效地縮小模型坐標(biāo)系間的差異，并能確定精配準(zhǔn)模型參數(shù)的邊界范圍。在粗配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用L-BFGS-B算法對(duì)帶邊界約束的精配準(zhǔn)模型進(jìn)行優(yōu)化求解。 3.提出了數(shù)據(jù)分割的理論以及管路數(shù)據(jù)的分割方法。從邏輯學(xué)角度對(duì)數(shù)據(jù)分割的一般機(jī)理進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)分割方法、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和集合論等知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)分割機(jī)理中具體特點(diǎn)及其分析過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)。利用數(shù)據(jù)分割理論研究的成

5、果，對(duì)管路的分割方法進(jìn)行了研究，提出了一種管路測(cè)量數(shù)據(jù)的區(qū)域增長(zhǎng)分割方法。 4.提出了新的特征擬合算法。針對(duì)管路特征的提取問(wèn)題，總結(jié)了管路特征提取過(guò)程中擬合問(wèn)題的求解流程及方法，分析了特征約束關(guān)系的類型以及約束模型的求解方法。提出了球面、圓柱面和圓錐面的歐氏擬合模型，并對(duì)其求解過(guò)程中初始值估計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了分析。對(duì)直線、圓和橢圓的解析擬合方法進(jìn)行了研究，提出了一種帶約束的圓的擬合方法。 5.提出了管路的特征建模技術(shù)。針對(duì)曲面