航空发动机涡轮叶片失效分析

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1、张家界航空工业职业技术学院张家界航空工业职业技术学院毕业设计——歼10飞机涡轮叶片故障分析及维修指导老师：陈娜专业：航空机电设备维修班级：083542姓名：冯婷目录1.涡轮转子叶片结构特点32.叶片的工作条件43.涡轮转子叶片受力分析53.1叶片自身质量产生的离心力53.2作用在叶片上的弯曲应力63.3热应力63.4振动应力74.转子叶片的振动类型及其特征74.1转子叶片的震动分类与基本振型74.1.1尾流激振84.1.2颤振84.1.3随机振动85.叶片的失效模式85.1叶片的低周疲劳断裂失效95.2叶片扭转共振疲劳断裂失效105

2、.3叶片的弯曲振动疲劳断裂失效105.4转子叶片的高温疲劳与热损伤疲劳断裂失效105.5转子叶片微动疲劳断裂失效115.6叶片腐蚀损伤疲劳断裂失效1219张家界航空工业职业技术学院6.涡轮叶片失效的诊断技术136.1机上孔探检测136.2修理车间检测前的预清洗处理136.3叶片完整性检测136.4无损检测147.修理技术要求和修复方法……………………………………………………………………...147.1补焊材料选择……………………………………………………………………………147.2叶片叶尖裂纹补焊修复……………………………………………

3、……………………147.3结论………………………………………………………………………………………158.提高涡轮叶片强度的几种措施168.1合理选材178.2改进工艺178.2.1锻、铸造工艺178.2.2机械加工工艺178.3表面强化188.4表面防护188.5合理维护和使用189.自我总结……………………………………………………………………………………….19航空发动机涡轮叶片失效分析涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一，是高温、高负荷、19张家界航空工业职业技术学院结构复杂的典型热端构件，它的设计制造性能和可靠性直接关系到整台

4、发动机的性能水平耐久性和寿命。为了提高发动机的推重比，叶片设计时常采用比强度高的新材料；采用先进复杂的冷却结构及工艺；降低工作裕度等措施来实现。因此，研究涡轮叶片失效分析对提高发动机工作安全及正确评估叶片的损伤形式和损伤程度有重要意义。1.涡轮转子叶片结构特点现代航空发动机多处采用多级轴流式涡轮。涡轮叶片具有气动力翼型型面，为了使燃气系统排出的燃气流竜在整个叶片长度上做等量得功，并保证燃气流以均匀的轴向速度进入排气系统从叶根到叶尖有一个扭角，叶尖处的扭角比叶根处要大。涡轮转子叶片在涡轮盘上的固定方法十分重要，现代大多数燃气涡轮发动机

5、转子都采用“枞树形”榫齿。这种榫齿精确加工和设计，以保证所有榫齿都能按比例承受载荷。当涡轮静止时，叶片在榫槽内有一定的切向活动量；而当涡轮转动时，离心力将叶根拉紧在盘上。涡轮叶片材料是保证涡轮性能和可靠性的基础，涡轮叶片早期是用变形高温合金，采用锻造的方法制造。由于发动机设计与精铸技术的发展，发动机涡轮叶片从变形合金发展为铸造合金从实心发展为空心，从多晶发展为单晶，从而大大提高了叶片的耐热性能。由于镍基单晶超合金具有卓越的高温蠕变性能已成为制造航空发动机热端部件的重要材料。涡轮叶片的工作条件和受力分析19张家界航空工业职业技术学院2

6、.叶片的工作条件涡轮叶片时直接利用高温高速燃气做功的关键部件，温度高负荷大应力状态复杂工作环境非常恶劣。涡轮叶片在高温燃气的工作条件下，高温氧化和燃气腐蚀则是其主要的表面损伤形式。氧和硫是影响镍基合金高温合金氧化抗力最有害的两种元素。氧化晶界扩散与晶界上的Cr。Al..。和Ti等元素发生化学反应形成氧化物，然后氧化物开裂，使疲劳裂纹萌生与扩展。硫以引起晶界脆化的方式加速疲劳裂纹的萌生与扩展。涡轮转子叶片在工作中一直处于高温工作状态，因此热疲劳和高温蠕变性能也是涡轮转子叶片的重要失效抗力指标。涡轮转子叶片主要是共振，在一般情况下很少出

7、现颤振。19张家界航空工业职业技术学院3.涡轮转子叶片受力分析发动机在工作时，作用在涡轮转子叶片上的力主要有以下几种：叶片自身质量产生的离心力；作用在叶片上的弯曲应力；热应力；振动应力。3.1叶片自身质量产生的离心力涡轮叶片任一垂直于叶片轴线横截面上的离心拉应力，等于该截面上的离心力沿叶片轴线方向的分量与截面面积之比。常用数值积分法求不同截面上的离心拉伸应力，将叶片分成n段，从叶尖到叶根有0，1，2，……，n，共n+1个截面，该叶片第i个截面面积为Ai则该截面上的离心拉伸应力为19张家界航空工业职业技术学院（3-1）叶片分段愈小，计

8、算结果就越精确。离心拉伸应力在叶尖截面处为零。向叶根方向逐渐增大，根部截面的离心拉伸应力最大。3.2作用在叶片上的弯曲应力燃气驱动涡轮转子叶片，有很大的横向其体力作用在叶片上，从而产生弯曲应力，还会引起扭转应力。若转子叶片各截面重心的