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。

涡轮转子叶片低循环疲劳/蠕变寿命的预测

根据某型涡喷发动机计算状态叶片流场计算结果,对该发动机高压涡轮转子叶片进行了热分析;并根据某典型飞行科目的三循环载荷谱,对该科目进行了载荷等效转换以及弹塑性应力分析,得到了该科目的低循环疲劳寿命和蠕变寿命;还考虑了平均应力的影响,给出了不同平均应力修正方法下该科目的总损伤。

CMC复合材料涡轮转子叶片结构设计

在现有成熟的航空发动机基础上,采用CMC复合材料适应性设计低压涡轮转子叶片的结构,在涡轮盘上均布安装4件,对CMC复合材料能否在航空发动机高温部件上应用,进行结构上可行性的研究。

DD6镍基单晶涡轮转子叶片失效分析

为了排除某航空发动机DD6镍基单晶高温合金涡轮转子叶片在室温振动试验中发生的裂纹故障,对故障叶片进行了外观检查、断口分析、表面检查、解剖检查、化学成分分析、金相检查、应力分布计算及热模拟试验,确定了故障叶片裂纹的性质和产生原因。结果表明:涡轮转子叶片裂纹为高周疲劳裂纹,叶片局部区域存在异常的γ′筏排组织是导致该叶片产生早期疲劳开裂的主要原因,且附近区域腐蚀过重及结构上处于应力集中区,也促进了疲劳裂纹的萌生及扩展。针对这些故障,建议优化叶片结构并对腐蚀检查进行严格监控,防止出现γ′筏排组织及腐蚀过重现象,从而避免此类故障再次发生。

基于红外辐射的涡轮转子叶片前缘温度场测量

根据发动机涡轮转子叶片温度场测试需求,对发动机进行了局部改装,并设计了安装支架,利用红外辐射高温计测量了发动机涡轮叶片前缘及叶盆温度场。试验结果表明,所有叶片表面温度分布具有明显的规律性——中截面附近区域前缘温度最高、叶盆次之,在前缘和叶盆之间存在一低温区;从前缘到叶盆的叶尖弦向温度呈反S形分布。各涡轮叶片叶盆存在一椭圆形高温区,该高温区在中截面附近温度最高,沿叶尖和叶根方向延伸并伴随温度递减。各涡轮叶片前缘温度的高温区都集中在中截面附近约1/3叶高范围,叶尖和叶根温度都较低。

涡轮转子叶片非接触振动测试试验研究

基于叶尖定时的非接触振动测量技术广泛应用在风扇/压气机冷端叶片振动测试中,而在热端部件特别是高压涡轮转子叶片中的应用尚存在传感器冷却、定时脉冲不易获取等问题。开展叶尖定时光纤传感器加温和冷却试验研究,确定涡轮端光纤传感器的最佳冷却方式,通过控制冷却气体的流量,可将叶尖定时光纤传感器在1100℃的工作环境中冷却至650℃以下,使传感器处于许可工作温度范围;开展某型号高压涡轮H型转子叶片非接触振动测量试验,通过设定合理的放大倍数和触发电压阈值,实现H型叶片叶尖定时脉冲信号的精准获取。上述试验研究结果可为非接触振动测试系统应用于整机、核心机涡轮转子叶片振动监测提供强有力的数据支撑。

基于某航空发动机振动事件的高压涡轮转子叶片超温问题研究

某航空发动机试验过程中发生振动大故障。分解后,发现高压涡轮转子叶片等多处零组件有磨损、变形甚至断裂的情况。将全台共计72片高压涡轮转子叶片委托中国航空工业集团公司失效分析中心进行分析,确认原因为高压涡轮转子叶片超温。分析高压涡轮转子叶片超温的多种可能原因,采用排除法,推断此次高压涡轮转子叶片超稳为局部超温,原因为高压涡轮导向器堵块脱落打伤高压涡轮转子叶片导致高压涡轮转子叶片冷却失效。根据推断寻找事实依据,推导故障模式。提出解决高压涡轮导向器堵块存在脱落可能性的方案,为后续高压涡轮转子叶片超温问题的判断提供分析思维导向。

大型风力涡轮转子叶片增强材料应用现状及发展趋势

大型风力涡轮转子叶片是风电机组系统有效捕获风能的关键部件,基本上由各种复合材料制成,因此结构材料的性能是影响叶片正常稳定运转的决定性因素之一。本文简述了国内外风电产业尤其是叶片技术的变革历程和发展趋势,概括了各种风电叶片用高性能增强材料的性能特点和应用现状,对存在的问题提出了一些建议,并对风电叶片的未来发展进行了展望。

DD6单晶合金涡轮转子叶片裂纹与内腔等轴晶成因研究

为排除某航空发动机DD6单晶合金涡轮转子叶片振动试验过程中出现异常裂纹的故障,开展了裂纹外观检查、断口宏观和微观形貌分析、表面检查、解剖分析、显微组织检查、成分分析及应力分布计算等工作,对故障叶片失效原因及内腔局部区域的等轴晶成因和机理进行研究。结果表明:DD6单晶合金涡轮转子叶片裂纹性质为高周疲劳,裂纹过早萌生与叶片内腔存在等轴晶有直接关系,且附近存在无枝晶的异常组织也促进了疲劳裂纹的萌生及扩展。同时,等轴晶在叶片使用之前已存在,是由于内腔工艺孔处的高温合金焊料遗留,高温真空焊接时形成易形核质点。建议加强对叶片内腔生产质量的控制,并对叶片内腔工艺孔附近危险部位进行严格检查,避免此类故障再次发生。

大型涡轮转子叶片熔模精铸特点

四级涡轮转子叶片是某型号燃汽轮机高压转子部件动力涡轮中零件尺寸最大、外形结构复杂、叶片各项性能要求极高（如叶片弯扭度、型面尺寸精度、表面粗糙度及铸件内部冶金质量等）的熔模精密铸件。其材料为国际镍公司研制的新型ＩＮ７３８高温镍基合金，化学成分复杂，力学性能要求高，所以精铸工艺难度大。通过四级涡轮转子叶片的试制，对大型叶片熔模精铸生产过程中的变形和疏松两大工艺难点及采取的工艺措施作了介绍。

K417G低压涡轮转子叶片振动疲劳断裂特征研究

对振动试验开裂的101件发动机低压涡轮转子叶片的裂纹形态、分布、裂纹断口等进行研究。结果表明:所有叶片裂纹均为横向裂纹,其中大部分叶片源区未见缺陷,裂纹位置主要集中在叶根附近进气边前缘或排气边尾缘位置,少数叶片裂纹萌生于疏松,位置随机分布;所有叶片断口均出现3个区域,即源区、沿{111}滑移面扩展的第Ⅰ阶段扩展区和叶片径向垂直的第Ⅱ阶段扩展区;源区主要为单疲劳源,第Ⅰ阶段扩展区发展充分,宏观上可见与叶片径向大致呈45°的反光小平面,微观上断口可见河流花样、滑移台阶和锯齿状断面等特征,第Ⅱ阶段扩展区断面平整,微观上可见间距不足1μm的细密疲劳条带。

钛铝合金将用于制造LEAP发动机低压涡轮转子叶片

2014年4月,法国Snecma和Mecachrome公司就CFM国际公司的LEAP-X发动机钛铝（TiAl）合金低压涡轮转子叶片签订了采购合同,这是TiAl合金在世界范围内首次在单通道客机发动机低压涡轮转子叶片上应用。为制造TiAl合金叶片,2家公司合作开发了1种特殊工艺,并且建造了整套的生产设备。

大型涡轮转子叶片熔模精铸特点

阐述了用熔模精密铸造制作大型涡轮转子的工艺。介绍了以模料选择、采用冷蜡芯工艺制模、浇注系统设计、合理选择浇注温度和铸型温度等措施，来避免缩松和防止叶片的弯扭变形，并对叶片铸件采用静压矫正。

叶根前缘倒角对低压涡轮转子叶片强度的影响

针对某型航空发动机低压涡轮转子叶片在叶根前缘倒角处发生应力集中的问题,研究了叶根前缘倒角半径对低压涡轮转子叶片强度的影响。研究结果表明,随着叶根前缘倒角半径的增加,低压涡轮转子叶片根部前缘倒角处应力集中效应降低,可作为减少低压涡轮转子叶片疲劳破坏和断裂失效的措施。叶片表面气动力载荷、离心力载荷是导致低压涡轮转子叶片根部前缘倒角处应力集中的主要原因。其中,气动力载荷引起的应力占总等效应力的78%,离心力载荷引起的应力占总等效应力的22%,温度场载荷引起的应力可忽略。

前缘气膜孔布局对涡轮转子叶片流动传热的影响

为了研究不同前缘气膜孔布局对叶片内部冷却系统、温度场分布的影响,针对某典型冲击-对流-气膜复合冷却高压涡轮转子叶片,保持叶片主体冷却结构不变,通过改变叶片前缘各列气膜孔的数量形成5种结构方案,完成了1维流动换热及3维有限元温度场计算。并模拟发动机工况,试验研究了叶片内腔流量特性、叶片中下部2个截面的平均冷却效果随压比、流量比的变化规律。计算及试验结果均表明:涡轮转子叶片前缘气膜孔数量及布局对叶片前腔冷气量、前缘温度分布影响明显,而对后腔冷气量、尾缘温度影响较小。

GE公司将用陶瓷基复合材料生产涡轮转子叶片

据英国《飞行国际》近日报道,通用电气公司（GE）于11月10日在F414改进型发动机上进行了陶瓷基复合材料（CMC）涡轮转子叶片的关键性试验,这是公司第一次在工作发动机中试验CMC材料。

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。

发动机涡轮转子叶片叶尖定时信号干扰与抑制

介绍转子叶片叶尖定时非接触测量原理及光纤传感器工作特点。将带冷却的光纤传感器应用于发动机涡轮转子叶片振动测试,获取高温高转速叶尖定时信号。结果显示,转速大于12513 r/min(叶片测试位置工作温度1326 K)时,脉冲信号出现严重干扰,系统无法完成阈值触发和到达时间计时。分析干扰产生原因,提出降低干扰的滤波和蓝光发射方法,开展发动机涡轮转子叶片非接触测振试验,结果表明:滤波仅能够抑制红光辐射,12513 r/min以上信号干扰有所改善,12605 r/min(叶片测试位置工作温度1375 K)以上仍存在干扰;滤波结合蓝光发射能有效解决高温高转速下的干扰问题,12702 r/min(叶片测试位置工作温度1388 K)以下,叶尖定时信号脉冲波形较好,系统可有效实现阈值触发和到达时间计时。

涡轮转子叶片异型气膜孔冷却数值研究

采用数值模拟的方法,研究了发动机工作条件下涡轮转子叶片压力面异型气膜孔的冷却特性,分析了吹风比和旋转雷诺数对气膜冷却的影响.结果表明:旋转条件下,气膜射流受离心力和哥氏力作用朝叶尖方向发生偏转,射流涡结构发生改变;随着旋转雷诺数增大,气膜射流向叶尖的偏转量逐渐增加,展向冷却均匀性提高,展向平均冷却效率略有提升;同一转速下扇形孔和收敛缝型孔能有效抑制气膜分离,展向平均冷却效率沿下游单调变化,随吹风比增加而升高,吹风比越小气膜射流向叶尖偏转越明显;旋转条件下,扇形孔与收敛缝型孔射流较圆孔射流仍有明显的冷却优势.

服役工作条件对涡轮转子叶片蠕变寿命的影响

基于Larson-Miller蠕变寿命理论,定量地分析了高压涡轮相对转速、飞行高度H、径向温度分布系数(RTDF)偏离设计状态时对涡轮转子叶片蠕变寿命的影响.结果表明:以叶根位置来看,高压涡轮相对转速从参考状态减小2%,导致叶片温度减小6%,叶片应力减小6%,使蠕变寿命因子从1增大到186.H增大导致叶片温度增大、叶片应力减小.从叶根位置来看,在温度和应力的综合作用下,H偏离参考状态时,蠕变寿命因子减小;而远离叶根位置,温度对蠕变寿命因子的影响越来越大,蠕变寿命因子随着H的减小而增大.RTDF减小导致叶片温度减小,使蠕变寿命因子随之增大.