基于特征的航空发动机管路反求建模系统关键技术研究

【类型】学位论文

【作者】刘元朋 

【关键词】 数据分割,数据管理,B,反求建模,配准,L,航空发动机管路,曲面微分几何,BFGS

【摘要】航空发动机管路设计质量直接影响其可靠性和维修性。由于布局空间限制严格，管道层叠交错、形状复杂，管路设计及其数据管理一直以实物样件为信息介质。随着航空发动机设计试验技术向数字化方向发展，对管路数字化设计中的反求建模新技术提出了迫切需求。基于特征的反求建模是反求工程研究领域近年来发展起来的一项具有广阔应用前景的新技术。将其应用于航空发动机管路设计和数据管理中的三维建模，不仅可以提高设计质量和效率，而且也可以直接驱动管路的数字化制造与检测，大大缩短研制周期，降低研制费用。 本文针对航空发动机管路的反求建模问题，系统地研究了基于特征的反求建模理论和方法。提出了基于特征的航空发动机管路反求建模系统框架；并围绕其中的多视数据配准、数据分割、特征提取和管路特征建模等关键技术进行了深入研究；在此基础上，设计并开发出一个软件原型系统，并通过计算机仿真和实际管道的测量与重构实验，对本文的理论、方法和系统进行了实例验证。论文的主要研究成果包括： 1.提出了基于特征的航空发动机管路反求建模系统框架。分析了航空发动机管路中管道设计的特点及其技术发展状况；研究了基于特征的反求工程技术，提出了基于曲面特征和截面特征相结合的管路反求建模方法。分析了反求建模方法的实现流程及其关键技术，进而提出了基于特征的管路反求建模系统框架及其实现方法。 2.分析了曲面微分几何属性，提出了管路测量数据的多视数据配准算法。总结了曲面的微分几何属性，并对微分几何属性的估计技术及其实现方法进行了分析。针对管路测量数据的多视数据配准问题，提出了一种粗配准和精配准相结合的多视数据配准新算法。粗配准可有效地缩小模型坐标系间的差异，并能确定精配准模型参数的边界范围。在粗配准的基础上，利用L-BFGS-B算法对带边界约束的精配准模型进行优化求解。 3.提出了数据分割的理论以及管路数据的分割方法。从逻辑学角度对数据分割的一般机理进行了分析，在此基础上，结合数据分割方法、计算机图形学和集合论等知识对数据分割机理中具体特点及其分析过程进行了总结。利用数据分割理论研究的成果，对管路的分割方法进行了研究，提出了一种管路测量数据的区域增长分割方法。 4.提出了新的特征拟合算法。针对管路特征的提取问题，总结了管路特征提取过程中拟合问题的求解流程及方法，分析了特征约束关系的类型以及约束模型的求解方法。提出了球面、圆柱面和圆锥面的欧氏拟合模型，并对其求解过程中初始值估计问题进行了分析。对直线、圆和椭圆的解析拟合方法进行了研究，提出了一种带约束的圆的拟合方法。 5.提出了管路的特征建模技术。针对曲面特征型管道建模过程中的技术参数、遮挡问题等信息的识别处理问题，提出利用知识工程进行信息的识别处理，并给出了具体的知识库建立方法。分析了基于截面特征的几种管道建模方法，并提出了一种截面数据的排序算法。在此基础上，利用UG二次开发平台提供的接口实现了反求建模系统与CAD平台的信息交流，进而通过CAD软件实现了管路的特征建模。 本文提出的算法和技术已在管路反求建模软件系统中得到编程实现和验证应用。

【学位名称】博士

【学位授予单位】西北工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】张定华

【读秀链接】读秀链接