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关于钛制压气机叶片受外物损伤的维修性研究 康继东徐志怀陈士煊 (南京航空航天大学，南京，210016) f摘要】本文研究了钛制压气机工作叶片外物损伤的维修性．首先对现役航空发动机压气机工 作叶片外物损伤故障形态与部位进行了统计分析，结果发现叶片打伤故障几乎鄙发生在叶片 进气边上半部，在叶根附近极其罕见．同时没有发现因振动疲劳而导致的叶片破坏．在上述 调研的基础上，提出了压气机工作叶片外物损伤模拟的能量相当的摆锤洁和外物损伤着命评 估试验方案并进行了相应的真实叶片振动疲劳试验。试验结果表明，损伤部位对叶片疲劳寿 命有重要影响对叶片损伤的局部修复是提高叶片抗外物损伤能力的有效途径．据此，文中给 出了钛制压气机工作叶片外物损伤维修规范的框架性建议，明确了损伤叶片的维修准则、损 伤叶片的分类与维修方案、损伤叶片的维修方法，并在某型压气机叶片上得到初步验证． 1 jlj l 々C商 随着现代航空发动机技术的发展，对发动机已从单纯追求性能转为重视结构完整性，性 能指标和可靠性、耐久性、维修性并重。因此，对发动机的维修性的要求也日益提高。在美 但国内至今尚缺少这方面的系统研究。 本文在对现役航空发动枧压气机工作叶片外物损伤故障形态与部位的统计分析基础上． 提出了压气机工作叶片外物损伤模拟的能量相当的摆锤法和外物损伤叶片寿命评估试验方 案并进行了相应的真实叶片振动疲劳试验，得到了一些有益的结论。据此，文中给出了钛制 压气机工作叶片外物损伤维修规范的框架性建议。 2 I级压气机工作叶片外物打伤故障形态与部位统计分析 对1135台次某型航空发动机的统计结果131表明，I级压气机工作叶片外物打伤故障率为 最高，而且后果最为严重。因此，随机抽样调查了该型发动机因外物打伤作报废处理的1 级压气机工作叶片，专门对叶片故障形态、故障部位进行了统计，以便为分析研究提供直 接的依据。 随机抽样调查的105片I级压气机工作时片中共有138处故障，其基本故障形态大致有 挠曲变形、凹坑与鼓包、撕裂或缺口三种。对叶片故障形态和部位的统计分析结果【3】表明， 三种截障特别是撕裂损伤故障几乎都发生在叶片进气边上半部，在叶根附近是极其罕见的。 同时，调研中未发现因振动疲劳而导致的叶片破坏。 3平板叶片外物损伤的寿命评估方案 由于步}物种类与损伤形式的多样化¨引，如何在实验室条件下对叶片的损伤进行再现并 模拟至关重要。由于粒子与叶片的相对速度不会大于250m／s，因此不会出现文献[6—7] 提及的局部熔化现象，所以采用能量相当的摆锤法模拟外物损伤是合适的，即使得摆锤的势 404 能与外物撞击叶片的动能相等。据此设计制作了相应的摆锤装置。 根据压气机工作叶片损伤情况的统计和对国产典型叶片的振动应力与离心应力分布的 研究结果吼结合试验的可能性，本文提出压气机叶片外物损伤后的寿命评估方案为： a．对于距叶根2，5叶高以下处的损伤，由于这一区域的振动应力和离心应力均较大，故 采用叶片的振动疲劳试验评定其抗外物损伤能力。 b．对于距叶根2／5叶高以上处的损伤，由于这一区域的振动应力和离心应力均较小，故 采用叶片的低周疲劳试验评定其抗外物损伤能力。 3钛制叶片的振动疲劳试验 计，使叶片与其工作状态时保持一致。 由于试验用叶片数较少，高周疲劳试验方案考虑如下： ①完好叶片(编号T00U试验； ②叶根损伤叶片(编号TD31)试验； ③距叶根2／5处损伤叶片(编号T321)试验； ④距叶根2／5处维修叶片(编号TW01)试验； ⑤叶尖损伤叶片(编号TJOD试验； 需要说明的是，损伤叶片均采用摆锤法接同～能量(J)、同一冲头(R3)、同一部位在叶片 前缘获得，撞击缺口。撞击前后叶片频率经测定无明显变化(lHz)；而叶片的维修方案则参 照框架性建议提出的规定，修整区深度为2mm，长度为8nurI，其与邻近区域的转接圆弧半径不 目金相砂纸沿叶长方向抛光至与原叶片一致。 考虑到振动台在大负荷下试验时间不宜过长，并参照有关真实叶片的试验，以及便于各 0 试验状态对比等原因，选定叶片振幅为25ram(峰峰值)，试验时间为2×16次循环以上。 表1中给出了全部试验结果。