基于整机试车的涡轮叶片高低循环复合疲劳试验技术

针对航空发动机涡轮叶片同时承受高循环载荷和低循环载荷的特征,以小推力涡喷发动机为研究对象,搭建了基于引电器的涡轮叶片动应力测量系统,利用数值模拟和试验测试结合的方法,实现了高度为30mm的涡轮叶片在40000r/min转速、950℃环境温度条件下的动应力测量,并以此为基础发展了整机高低循环复合疲劳试验方法,开展了高压涡轮叶片高低复合疲劳整机试验。研究结果表明,该型发动机转速在34920r/min时,叶片高循环振动应力达到112.7MPa,带来了涡轮叶片的高循环疲劳损伤且是引起涡轮叶片产生裂纹的主要因素,低循环疲劳载荷是导致裂纹扩展的主要因素,两者综合作用会显著影响涡轮叶片寿命。      

涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力分析

针对涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力试验测点位置选取、动应力测试结果开展了系统的分析研究。采用有限元方法对燃气涡轮叶片进行振动分析,结合测点敏感性、叶片模态试验和不平衡量分析对燃气涡轮叶片动应力试验测点位置进行了优化,根据优化后的测点位置方案开展了动应力试验,并从共振转速、激振源、危险模态、高周疲劳评估等方面对动应力试验结果进行了分析。研究表明：非明确结构激振可导致燃气涡轮叶片1阶共振;对于在工作转速范围内存在共振的燃气涡轮叶片,若高周疲劳评估满足要求,也可安全使用。研究工作可为燃气涡轮叶片振动设计提供参考。     

高转速压气机转子叶片的动应力测试与动力学设计评估

为评估高转速压气机转子叶片的振动特性和工作可靠性,利用有限元计算、固有模态测试与动应力试验相结合的方法对叶片振动特性进行了研究。误差分析表明:数值计算与模态试验获得的相对误差不大于4%,动应力测试在高于43kr/min时误差会显著增大,应使用试验数据验证数值计算规律和校正低转速时动频值的方法,以获得可靠的分析结果。研究结果表明:只有转速3倍频与4倍频激起的叶片一弯共振响应较为突出,但这两个共振点均远低于慢车转速,而理论分析得到的工作转速附近共振点的叶片振动应力很小,不会引起叶片的破坏性振动,叶片满足动力学设计要求。     

基于遥测技术的发动机涡轮转子叶片动应力测量

根据某型发动机涡轮叶片动应力测量试验要求,提出了一种基于遥测技术的高温动应力测量系统方案,并重点介绍了测量系统组成、工作原理及系统标定。利用该测量系统,成功获取了发动机涡轮叶片动应力数据。整个试验过程中,遥测系统工作正常,表现出良好的冷却效果、电源稳定性和信号频率跟随性。试验结果表明,该型发动机在特定转速区间内存在窄频带共振,振幅水平较高,具有明显的破坏性,结果可信。     

航空发动机低压涡轮转子叶片动应力测量方案设计

针对发动机结构特点和低压涡轮转子叶片动应力测量要求,提出一种基于应变片和遥测技术的低压涡轮转子叶片动应力测量方案。在不改变发动机振动激振因素的情况下,该方案通过整机结构改装设计,解决了测试系统布置、冷却方案设计、应变片走线和改装转子动力学评估等问题。相比于应变片+引电器测量方案,该动应力测量方案具有改装结构小、冷却方案简单、应变片存活率高、验证成本低等优势。通过在发动机上开展的专项动应力测量试验,验证了设计的动应力测量方案的可行性,为低压涡轮转子叶片动应力和阻尼效果的评估提供了试验数据。可为开展整机环境下低压涡轮转子温度场测量等提供技术支持。     

略论发动机涡轮叶片的振动疲劳

针对发动机涡轮叶片的振动及振动疲劳破坏进行了理论分析。通过理论分析和实验，说明了叶片对抗振对疲劳的能力主要取决于性质及叶片的形式、表面状态，而与静强度无关。并对改进设计和工艺，充分挖掘材料潜力，加强对叶片防护，提出了建议和设想。     

涡轮叶片小尺寸试样取样及高温疲劳试验夹持方法

针对服役涡轮叶片的疲劳性能及寿命评估问题,发展了一种适用于含薄壁和内冷通道等复杂结构特征涡轮叶片的小尺 寸试样取样技术及小试样的高温疲劳试验夹持方法。应用该方法对不同大修间隔的某型航空发动机第1级高压转子涡轮叶片进 行了取样,对叶片取样小尺寸试样在850 ℃下开展疲劳试验。试验结果表明：所发展的复杂构型涡轮叶片取样技术和小尺寸试样 高温疲劳夹持方法能够有效应用于该型服役发动机高压涡轮叶片的取样疲劳性能试验;真实服役的涡轮叶片小试样的疲劳性能 与标准热处理状态合金的相比出现了劣化,并且随着服役时间的延长劣化程度加剧,寿命降缩短例最大超过90%;服役涡轮叶片 取样小试样的疲劳裂纹主要萌生于表面和亚表面的缺陷,共晶组织和碳化物是服役涡轮叶片裂纹萌生的危险位置。     

旋转叶片动应力非接触测量方法研究综述

叶片结构是航空发动机、燃气轮机的重要能量转换部件,叶片的疲劳断裂问题严重影响机组的运行安全,对其进行健康监测尤为重要。通过对叶片进行实时的动应力监测并构建载荷谱,可以预估叶片剩余寿命,预警叶片裂纹的萌生,最终实现叶片的健康管理。动应力非接触测量方法自提出以来,在提升航空发动机、燃气轮机等设备的安全运行能力方面展现出巨大的潜力。综述了动应力非接触测量方法的基本原理及近年来的主要研究成果,归纳总结了动应力反演中的关键方法与技术,包括叶尖振动位移的精确识别方法、应力幅值比确定方法、多模态动应力计算方法等,分析了动应力反演的误差来源以及2种常用的非接触测量动应力的误差标定工具方法,并对今后的关键研究方向进行了展望。     

涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力测试技术研究及验证

针对涡轴发动机高转速燃气涡轮叶片动应力测试中出现的应变计短路、高温导线断裂和线芯窜动问题,开展了动应力测试技术研究。提出了加宽基底喷涂固定应变计、优化高温导线布线、改进高温导线等工艺方法,并进行了试验验证。试验结果表明,共振转速试验测试值与计算值基本一致,共振转速测试结果准确有效。通过研究,获得了具有实际应用价值的涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力测试技术,可为同类测量提供参考。     

确定颤振叶片动应力的数值方法

本文提出了确定颤振叶片动应力的数值方法,包括叶片振动时非定常气动力作功与阻尼功的计算,平衡振幅的概念,在平衡振幅条件下的动应力及其相应的寿命估价     

小型涡轮叶片掉块故障分析与改进

本文就某型涡喷发动机试车过程中出现的涡轮掉块现象进行了研究,通过计算与分析确定了断裂原因为一阶弯曲共振.发动机怠速转速下导向器叶片引起的气体尾流激振是叶片共振的根本原因.在工作转速无法避免的情况下,从改变叶片频率入手,避免了叶片在此频率下的共振,成功解决了这一故障.     

带冠预扭涡轮叶片模态分析及动应力测试验证

介绍了航空发动机带冠预扭涡轮叶片非线性接触预应力模态分析机理,并以ANSYS软件为平台,对某型涡轴发动机动力涡轮叶片进行了模态分析。结果表明：非线性接触预应力模态分析方法得到的叶片盘9～13节径1阶频率与动应力测试频率在变化规律上保持一致,差别基本稳定在12%～13%,计算精度较传统方法有了明显的提高。     

航空发动机涡轮叶片高温振动疲劳试验的新方法

提出了航空发动机涡轮叶片高温(90 0℃)下振动疲劳试验的一种新方法。该方法对叶片采用电感应加热法加热,振动载荷通过电磁振动台施加;解决了采用电感应加热法加热时的一系列问题,如涡轮叶片加温设备选型、感应圈制作、电磁振动台隔热冷却、夹具设计、高温振动应力测量以及电磁干扰使振动台难以控制;比较了2种叶片温度测量方法的优劣,并列举了应用实例     

热风洞中涡轮叶片温度场红外热像测量方法

提出了在热风洞中利用红外热像来测量涡轮叶片表面温度场的方法.针对热风洞特有的干扰因素,即石英玻璃窗口的透射比随着叶片表面温度变化以及燃气中的二氧化碳和水蒸气等组分参与热辐射所带来的干扰,在取得红外热像后按照燃气工况对温度场测量结果进行综合修正.考虑到叶片表面曲率的变化,通过几何上的变换重现了实际叶片表面上的温度场.结果表明:在热风洞的叶片温度场的红外热像测量中存在着110~140K的修正量.高温燃气环境中的红外热像测量结果必须按工况进行修正.      

航空发动机自由涡轮叶片裂纹故障分析

针对某涡桨发动机在试车过程中发生的自由涡轮叶片裂纹故障,对裂纹叶片进行荧光检查、叶片测频和冶金分析,并通过MSC/PATRAN有限元分析软件确定叶片的振动特性。结果表明:叶片裂纹发生的原因为叶片的第5阶固有频率与导叶激励频率接近而发生共振,引起叶片发生高阶振动,造成叶片高周疲劳失效所致。重点调整螺旋桨的工作转速范围,使其基本处于规定的安全工作转速范围内。后经1000 h试车验证,均未再发生类似故障。     

涡轮叶片温度分布新式测量技术

介绍了一种新式涡轮叶片温度分布测量技术。     

涡轮叶片高温低循环疲劳/蠕变寿命试验评定

利用试验方法确定了某型发动机 级涡轮叶片高温低循环疲劳寿命 ,试验计入了高温蠕变的影响。为了缩短试验时间 ,按照损伤等效原则 ,确定了等效加速试验载荷谱。试验是在采用感应加热、液压加载的菲利轮试验器上进行的。采用对数正态分布和威布尔分布对试验结果进行了统计分析 ,给出了置信度为 95 %、可靠度为 99.87%的叶片安全使用寿命。     

多次渗铝对涡轮叶片疲劳性能的影响

试验结果表明渗铝次数越多高周疲劳性能下降越多，七次渗铝后疲劳极限比第一次渗铝后的疲劳极限降低１２％。这种变化与渗铝层深度增加，缺陷增多而诱导疲劳裂纹提前萌生，以及基体局部区域γ’相粗化而不利于阻碍疲劳裂纹的发展有关。     

定向凝固涡轮叶片不同部位材料疲劳性能差异研究

为了研究定向凝固涡轮叶片不同部位材料疲劳性能及差异,根据典型涡轮叶片的工艺和几何特征,设计了两类叶片模拟件和用于对比研究的带缺口的对比试件,在此基础上开展了高温低循环疲劳试验和对比分析研究.试验结果表明:缘板模拟件、叶冠模拟件的材料疲劳性能分别为对比试件(和叶身中部材料性能基本相当)的5.93％和7.68％.这说明叶片...