FGH96粉末高温合金亚尺寸轮盘研制及试验验证

粉末高温合金涡轮盘是高推重比航空发动机研制的关键。由于粉末高温合金材料的特殊性,为了保证粉末高温合金轮盘的可靠性,需要修正传统轮盘强度和低循环疲劳寿命设计技术并进行验证。本文设计了亚尺寸结构的粉末高温合金轮盘,并对其进行了计算及分析,最后在试验器上进行了试验验证。该亚尺寸轮盘研制成功对高推重比涡轮盘的研制有重要意义。     

立式轮盘变幅循环旋转试验器

为了较精确地预示轮盘低循环疲劳寿命,我们将轮盘超转、破裂试验器改造成应用微机自动控制的变幅循环旋转试验器,成功地完成了一个轮盘的变幅低循环疲劳旋转试验,给出了轮盘幅板偏心孔的裂纹起始寿命和扩展寿命。      

振动监测在轮盘低循环疲劳试验中的应用

振动加速度值在轮盘低循环疲劳试验中，是判断轮盘是否产生较长裂纹的一个重要指标。燃气涡轮研究院在其SB804轮盘低循疲劳劳动试验器上进行过多个轮盘的低循环劳动试验，其中有2个压气机盘和3个涡轮盘产生了较长的裂纹。根据这5次疲劳试验中实际记录的振动加速度的变化值说明：在轮盘的低循环疲劳试验中，可以通过监测振动峰值的变化来判断轮盘是否产生较长的裂纹。     

航空发动机自由涡轮盘低循环疲劳寿命试验研究

针对某型航空发动机适航取证项目要求，对该发动机自由涡轮盘开展寿命研究。综合考虑自由涡轮盘标准工作循环内 温度场和转速载荷，采用线弹性有限元应力分析法对轮盘进行应力分析，据此确定轮缘和盘心为轮盘应力水平及疲劳寿命的关键 考核部位；充分考虑试验器能力及试验过程的可监控性等因素，设计并开展了能够对该自由涡轮盘关键部位进行有效考核的试验 载荷系数为1 的试验器循环疲劳试验；根据试验结果对轮盘低循环疲劳寿命进行分析。结果表明：该自由涡轮盘的预定安全循环 寿命为6500 次。     

考虑轴向变形的锥形轮盘低循环疲劳试验研究

某型发动机高压压气机Ⅰ级盘采用锥形结构,在装配预紧力和离心载荷的作用下产生轴向变形。为了考核该轮盘的低 循环疲劳寿命,在传统轮盘低循环疲劳试验技术的基础上,提出了1 种考虑轴向变形条件的锥形轮盘低循环疲劳寿命试验方法。 针对轮盘结构与装配要求,计算分析工作状态下的轴向变形,优化设计了能够有效考核轮盘关键部位寿命的试验件、陪试件及试验 工装,对比试验件在整机与试验器状态的应力水平,并在卧式旋转试验器上完成了试验件的低循环疲劳试验。试验结果表明：采用 该方法可对高压Ⅰ级盘安全循环寿命进行有效考核。     

模拟轴向载荷作用的轮盘低循环疲劳寿命试验研究

提出了可有效模拟轴向载荷的航空发动机轮盘低循环疲劳寿命试验方法。在综合考虑轮盘装配及工作温度场、转速等工作状态边界条件和载荷的基础上,对轮盘进行线弹性有限元应力分析,了解轮盘应力水平及寿命关键考核部位。在充分考虑试验器能力及试验过程的可监控性等因素下,设计了能有效模拟承受轴向载荷的轮盘低循环疲劳寿命试验装置、试验方法,并进行试验。最后,对试验结果进行分析,确定出轮盘预定安全循环寿命。     

高温度梯度轮盘低循环疲劳试验件设计方法

针对航空发动机设计中高温度梯度轮盘低循环疲劳试验的需求,基于国内外航空发动机轮盘低循环疲劳试验件设计经验及国内现有轮盘试验器的试验条件,总结了该类高温度梯度航空发动机轮盘低循环疲劳寿命试验件设计的难点主要为轮盘热应力难在试验过程中模拟、轮盘寿命考核位置多、轮盘试验件试验转速高、轮盘试验件寿命限制位置容易转移等,并针对各难点给出了用离心载荷补偿热载荷、以损伤程度定考核位置、在不改变考核位置应力特征的前提下可以改变非考核位置局部结构特征等解决方案,形成了一套高温度梯度轮盘低循环疲劳寿命试验件设计方法。应用该方法设计了某航空发动机轮盘低循环疲劳寿命试验件并进行了试验,完成了寿命考核试验,结果表明:该方法是可行的。     

轮盘低循环疲劳寿命预测方法研究及试验验证

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出了一种简化的Walker应变寿命预测模型,在寿命预测中考虑了轮盘危险部位数目的影响.进行了GH4133材料轴向应变控制的低循环疲劳试验;设计了涡轮盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了涡轮盘的高温低循环疲劳试验.结果表明:轮盘低循环疲劳寿命预测方法是有效的,对试验涡轮盘的寿命预测精度在2倍散度以内.     

立式转子试验设备包容壳体厚度设计

为了解决试验器条件下航空发动机轮盘爆裂产生的能量问题,采用包容曲线法、破坏势能法、2阶段能量法及数值仿真法进行立式转子试验设备包容壳体的厚度设计。计算结果表明:轮盘爆裂后最大碎块为1/3轮盘碎块,并且碎块最大平动动能明显高于平均平动动能;依据已有的试验结果,对得出的结果进行安全性评定;采用2阶段能量法计算得到的结果与试验结果的符合性较好,仿真分析需要准确的失效应变数据以得到可靠结果,最终使用2阶段能量法以3倍安全系数确定包容壳体的厚度应不小于0.2 m。     

航空发动机主轴试验器结构特点分析

航空发动机主轴是发动机关键零部件之一，是必须给出最大许用循环寿命的重要零件，由于主轴的应力状态复杂，因而必须在试验器上对主轴进行强度试验才能给出可靠的循环寿命。本文论述的发动机主轴立式综合加载试验器从结构特点出发，对试验器进行了比较详细的介绍和分析，结合试验中的具体数据评述了试验器在边界条件模拟、载荷的施加与检测、弯矩加载系统、振动扭矩加载系统等方面的设计特点。     

某型发动机Ⅰ级涡轮盘的技术寿命

根据某型发动机Ⅰ级涡轮盘盘材在不同温度下试验所获得的低循环疲劳性能数据,以强度和寿命符合对数正态分布为前提,推出了该盘满足置信度95％,可靠度99．87％的寿命散度系数;再根据地坑式轮盘低循环疲劳动试验器上所获得的该Ⅰ级沿轮盘的试验循环数和相关单位给出的飞行换算率,首次推出了该Ⅰ级涡轮盘置信度为95％,可靠度为99．87％的技术寿命。为便于对比,也给出了其它不同置信信息和可靠度下的技术寿命。     

轮盘低循环疲劳试验器自动控制系统的开发

利用高速旋转试验设备进行轮盘低循环疲劳试验是开展轮盘疲劳寿命及损伤容限性能研究的有效手段。为确保此类试验器能够长时间稳定运行,开发了1套可靠的、无人值守的自动控制系统,以触摸屏为人机接口（HMI）完成试验参数的设置,以可编程逻辑控制器（PLC）为主站控制设备启停及转速循环,监测系统采用工控机（IPC）完成数据显示和保存,并采用第3方控件实现IPC和PLC的串口通信。测试结果表明：该控制系统稳定性高、可靠性好,完全满足设计要求     

热机械疲劳试验器的研制

在涡轮叶片热冲击试验中 ,离心载荷和热载荷的联合作用可能引起涡轮叶片低循环疲劳失效。为此研制了热机械疲劳试验器。介绍了该试验器的工作原理、结构方案以及使用中的注意事项     

航空发动机涡轮机匣轮盘包容性研究

为研究某航空发动机辅助动力装置涡轮盘在预定转速范围内破裂后涡轮机匣的包容能力,在高速旋转试验器上进行了涡轮机匣的包容性试验.试验采用轮盘周向3个对称位置预制裂纹的方式,使轮盘在预定转速范围内破裂成均匀3块,得到了轮盘碎块撞击涡轮机匣的高速摄影照片.试验结果表明轮盘碎块击穿机匣撞击包容环,包容环发生大塑性变形,包住轮盘碎块.采用LS-DYNA软件对涡轮机匣包容性进行数值仿真,仿真结果与试验结果吻合良好,研究结果对航空发动机轮盘包容性设计有一定的参考价值.      

新颖的航空发动机立式主轴综合加载疲劳寿命试验器

立式主轴综合加载疲劳试验器4BSQ32就是用来确定涡喷和涡桨发动机主轴疲劳寿命的试验装置。它是我公司在臥式涡轮轴试验器4BSQ7长期使用经验的基础上设计的。它通过外载荷模拟,边界条件模拟及温度模拟可对中型航空涡轮发动机主轴作疲劳寿命试验,包括对该类型双转子主轴进行疲劳寿命试验,也可对同类主轴进行极限静强度,届服强度和刚度验证试验。在试验器设计方案方面,为避免自重引起横向弯矩,采用了立式布置;为克服用偏     

粉末合金轮盘关键部位多圆弧转接降应力研究

为了验证某型航空发动机粉末合金涡轮盘低循环疲劳寿命,在旋转试验器上进行了涡轮转子的低循环疲劳寿命试验。在试验过程中有轮缘凸块和配重块断裂飞出,导致试验失败,得出该低循环疲劳试验故障的主要原因是裂纹起始部位的局部应力偏高。通过建立故障部位的单圆弧、双圆弧和3圆弧局部模型进行有限元计算,研究了转接圆角处的应力与转接圆角半径的关系。研究结果表明:采用3圆弧转接方法对粉末合金涡轮盘寿命考核部位进行改进设计是最佳方案,降低了轮盘考核部位应力,提高了轮盘寿命,并通过了试验验证。     

预研核心机压气机盘和涡轮盘强度试验

在轮盘超转试验器上对带叶片的第二、四级压气机盘和涡轮盘进行了24-105%转速下的常温应变测量及加温超转试验。试验结果表明，理论计算值与试验结果吻合，盘的强度储备足够。     

轮盘变幅低循环疲劳寿命预测法

本介绍了基于局部应力应变法的轮盘变幅低循环疲劳寿命预测系统，通过大量试验和理论研究改进了局部应力为寿命估算法，使之具有高的工作效率和较好的寿命预估精度，所提出的应用光滑棒预测轮盘变幅低循环疲劳寿命的方法具有较好的精度，方法简便，是一种有前途的试验评估法，本建议的应用变幅循环的结果确定轮盘的可靠性寿命比EGD－3[1]的方法更科学，更可靠。     

某型发动机I级涡轮盘的技术寿命

根据某型发动机Ⅰ级涡轮盘盘材在不同温度下试验所获得的低循环疲劳性能数据,以强度和寿命符合对数正态分布为前提,推出了该盘满足置信度95%、可靠度99.87%的寿命散度系数;再根据地坑式轮盘低循环疲劳试验器上所获得的该Ⅰ级涡轮盘的试验循环数和相关单位给出的飞行换算率,首次推出了该Ⅰ级涡轮盘置信度为95%、可靠度为99.87%的技术寿命.为便于对比,也给出了其它不同置信度和可靠度下的技术寿命.     

某压气机轮盘低循环疲劳寿命研究

本文以某发动机压气机轮盘榫槽低循环疲劳(LCF)为研究对象.针对其疲劳载荷非对称、危险部位数目较多等特点,对其进行寿命预测和试验研究.轮盘低循环疲劳寿命预测采用工程中常用的通用斜率以及Manson-Coffin公式进行,并考虑平均应力修正方法、危险部位数目对轮盘低循环疲劳寿命的影响以及多轴疲劳寿命预测方法.通过轮盘低循环疲劳试验,再现了在役发动机轮盘榫槽槽底裂纹,验证了轮盘低循环疲劳寿命预测模型和方法的有效性.