某发动机空中停车事件的失效分析

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1、第31卷2010焦第2期2月航空学报ACTAAERONAUTlCAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．2Feb．2010文章编号：1000—6893(2010)02—0285—05某发动机空中停车事件的失效分析唐海军，曹大树，姚红宇(中国民用航空总局航空安全技术中心，北京100028)FailureAnalysisonIn-flightShutdownofanAeroEngineTangHaijun，CaoDashu，YaoHongyu(CenterofAviationSafetyTechnology，CivilAviationAdministrationofC

2、hina，Beijing100028，China)摘要：对一台发生空中停车的发动机进行了现场分解调查和实验室分析工作。分解发现肇事件是1组低压涡轮4级(LPT4)静子叶片，该叶片组因固定沟槽断裂而向后翘起打断所有LPT4转子叶片，并将低压涡轮部分5级(LPT5)和全部6级(LPT6)叶片打断。宏观和微观观察表明断裂的LPT4静子叶片均属于高周疲劳断裂，疲劳断裂的主要原因是固定沟槽内倒角过小。有限元法分析结果表明叶片倒角过小降低了叶片抵抗振动应力的能力；影像法测量结果表明内倒角不符合厂家的技术要求；金相分析表明内倒角不符合技术要求的原因是该处曾进行过焊修和再加工，属修理不当造成的。关键

3、词：疲劳；断裂；失效分析；空中停车；涡轮叶片中图分类号：V231．95文献标识码：AAbstract：Anin-flightshutdownengineisdisassembledandkeycomponentsaretakentOalabforinvestiga—tion．Itisfoundbydisassemblinginvestigationthataclusteroflowpressureturbinestage4(LPT4)vanescausesthetrouble．TheclusterofvanesfractureatthehookandcockbackwardsSOas

4、tobreakallLPT4bladesandpartofLPT5andalmostallLPT6vanesandblades．Macroandmicroobservationresultsshowthatallvanesfracturebecauseofhighcyclefatiguecausedmainlybysmalltransitionradiiofthehook．Calculationbymeansofthefiniteelementmethodindicatesthatthesmalltransitionradiisignificantlydecreasetheabili

5、tyofthebladestoresistvibrationstress．Inaddition，thesizeofthetransitionradiiisbelowthetechnicalre-quirementsofthemanufacturer．Metallurgicalobservationrevealsthatthevaneshavebeenweldedandrepro—cessedforrepair，whichresultsinthesmalltransitionradiicondition．Keywords：fatigue；fracture；failureanalysis

6、in-flightshutdown；turbineblade航空发动机涡轮部件长期处于高温和燃气环境中，受离心应力、振动应力和热应力等多种应力作用，工作条件极其恶劣，涡轮转子叶片容易从叶身或榫齿处发生疲劳断裂，其中以机械疲劳[14]居多，热机械疲劳‘5。、腐蚀疲劳‘64]、热腐蚀疲劳‘¨]、蠕变疲劳[10-111和微动疲劳[12]等疲劳断裂的事件也时有发生。出于隔热、防腐蚀和防氧化的需要，现在大多数航空发动机涡轮叶片均应用了铝化物涂层或热障涂层，叶片工作中在弯曲／振动应力作用下涂层可能首先开裂，从而诱发叶片疲劳断裂Da-lG。此外，涡轮转子叶片失效还与设计不合理[1s]和加工制造问题

7、有关。相对来说，涡轮静子叶片大多数情况作为转子叶片失效的受害件，而作为肇事件失效的机率较小。本文分析了一起由涡轮静子叶片失效引起的空中停车事件。某飞机起收藕日期：2008—12—25；修订日期：2009—06—12通讯作者：唐海军E—mail：tang_113@163．corn飞9min，爬升到18001TI高度时，突然听到一声异响，伴随着飞机抖动一下，机组发现1个发动机数据下降，立即按程序作关车处理，然后报告管制员请求返场着陆，飞机于起飞43min后安全