航空发动机涡扇叶片及其成形工艺
涡扇发动机具有耗油率低、起飞动力大、噪音低和迎风面积大等特点。60年代中期，它只应用于客机和轰炸机，当时人们普遍认为，它很难在高速歼击机上应用。自70年代以来，带加力的高推比涡扇发动机的相继问世，使战斗机的性能提高到了一个新的水平，从而彻底改变了人们对涡扇发动机的偏见。90年代中期，又为第四代战斗机成功研制了推重比10带加力的涡扇发动机。与此同时，为满足发展巨型、远程运输机、宽机身客机的需要，国外先进的发动机厂家又研制成功了大推力、低耗油率、大流量比的涡扇发动机。时至今日，涡扇发动机已是应用数量最多、范围最广和最有发展前景的航空发动机。
风扇叶片是涡扇发动机最具代表性的重要零件，涡扇发动机的性能与它的发展密切相关。初期的风扇叶片材料为钛合金，具有实心、窄弦、带阻尼凸台结构。现今，风扇叶片在材料、结构方面已改进许多。为了增强刚性，防止振动或颤振，提高风扇叶片的气动效率，用宽弦结构代表了窄弦、带阻尼凸台结构；为了减轻重量，用夹芯或空心结构取代了实心结构；为了增大流量比，提高大推力涡扇发动机推进效率，风扇转子直径已增大到了3242mm，风扇叶尖速度已高达457m/s。而这些材料新、叶身长、叶弦宽、结构复杂的风扇叶片的成形工艺是非常复杂的。因此，风扇叶片的成形工艺始终是涡扇发动机的关键制造技术之一。
1早期风扇叶片
早期风扇叶片为大尺寸实心结构，为防止共振及颤振，它的叶身中部常带有一个阻尼凸台(又称减振凸台)。所有叶片的凸台连成一环状，既增强了刚性又改变了叶片固有频率，减小了叶根弯曲和扭转应力。阻尼凸台接合面喷涂有耐磨合金，当叶片振动时，接合面相互摩擦可起阻尼作用。阻尼凸台一般位于距叶根约整个叶片长度的50%～70%处。阻尼凸台的存在带来一系列问题，如：由于它的存在及它与叶身连接处的局部加厚，使流道面积减少约2%，使空气流量降低，造成气流压力损失，使压气机效率下降，发动机耗油率增加；增加了叶身重量，使叶片离心力负荷加大；使叶片制造工艺更加复杂。在有些风扇叶片上，为了增强抗外物撞击损伤能力，叶身上除了阻尼凸台以外，还有较厚的加强筋。
CFM56-3和CFM56-5发动机风扇转子直径约1700mm，风扇叶片长约600mm，由整体钛合金锻件经机械加工而成。风扇叶片毛坯先镦锻出叶根和阻尼凸台，经预锻成形，再精锻、切边。叶身成形可用数控铣、数控仿形磨、电解加工和抛光等工艺。随着叶片批量生产的增加，应尽量采用精锻法生产出钛合金风扇叶片的锻坯，以提高材料的利用率，减少机械加工工作量和提高风扇叶片的使用寿命。但生产这样大的风扇叶片精锻毛坯，需要使用昂贵的高精度的万吨级机械压力机或螺旋压力机，所需模具的尺寸大、精度也高。因此，精锻工序的成本很高。4钛合金宽弦无凸台空心风扇叶片5高韧性环氧复合材料风扇叶片
CFM56渦扇發動機的推重比達到5左右
2第一代宽弦无凸台风扇叶片
针对早期风扇叶片存在的缺点，英国罗*罗公司80年代首先研制成功了面板夹蜂窝芯组成的宽弦无凸台风扇叶片，即第一代宽弦无凸台风扇叶片，并在RB211-535E和V2500等发动机上应用。叶片弦长比原来增加40%左右，由于刚性增强，因而取消了凸台。第一代宽弦无凸台风扇叶片具有以下优点：采用宽弦叶片后，转子叶片数量减少了1/3，转子重量一般可减轻10%～30%；蜂窝芯结构还可改善叶片的减振特性；与带阻尼凸台的窄弦风扇叶片相比，叶栅通道面积加大，喘振裕度变宽，级效率提高，寿命增加。
第一代宽弦无凸台风扇叶片制造的主要工序如图1所示。叶背、叶盆面板用钛合金
(Ti-6Al-4V)热轧板材，经精锻或等温锻成形。化铣除去污染层，并将面板腐蚀成设计要求的气动外形和相应的内腔。夹芯蜂窝块用钛合金箔板辊压成波纹板，再用电阻焊焊接而成，然后将两面板和夹芯蜂窝块采用活性扩散焊将其焊成整体结构。叶片的外型面还要在数控铣床上精加工。经破坏性试验证明，活性扩散连接性能很好，连接处从未开裂。风扇叶片投入使用前，还经过了严格的投鸟考核试验。V2500发动机在使用中曾遭受多次巨鸟的撞击事件，发动机仍然安全无恙，这充分证明了这种风扇叶片的结构设计和制造技术是非常成功的。
RB211系列发动机是由罗尔斯罗伊斯（劳斯莱斯）股份有限公司（以下简称罗罗公司）研制生产的高涵道比三转子轴流式涡扇发动机。于1972年投入使用，发动机的推力为37400-60600磅，并且RB211发动机是世界上最早的三转子发动机。主要型号有RB211-524和RB211-535分别用于Boeing747-300和Boeing757等飞机。
图1第一代宽弦无凸台风扇叶片的主要制造工序
Fig.1Main process for the first generation
wide chord lobe_free fan blade
3第二代宽弦无凸台风扇叶片
用超塑成形/扩散连接组合工艺制成的风扇叶片，即罗.罗公司的第二代宽弦无凸台风扇叶片，它的芯部用建筑物上常用的三角形桁架结构取代了第一代宽弦无凸台风扇叶片的蜂窝芯板。这种三角形桁架结构不仅轻，而且能参与承力，每片叶片重量比蜂窝芯风扇叶片少15%。这种风扇叶片已用于A330和波音777飞机的遄达发动机上。该发动机风扇转子直径为2794mm，风扇叶片速度为457m/s，每个叶片重9kg，气动设计和制造技术均处于当今世界先进水平。
第二代宽弦无凸台风扇叶片采用三层板超塑成形/扩散连接组合成形工艺，其工艺过程
见图2。首先在中间芯板上按一定图形喷涂止焊剂。其次将芯板与两层面板用氩弧焊焊接缝边(留有进气口)，将焊好的三层板放入叶片型面的模具内，连同模具一起放入带有加热系统的压气机内。当加热至超塑成形/扩散连接温度(钛合金为920℃)时，向模内吹入一定压力的氩气(1.5～2MPa)，然后保温、保压，使三层板在各预定部位和周边(无止焊剂部位)进行扩散连接。连接完成后，再向三层板内吹入一定压力的氩气进行超塑成形，两层面板在超塑状态下进行拉伸和扭曲变形，中间芯板延展变形，形成格形结构。在向三层板内吹入氩气时，模内氩气应逐渐排出。板材完全贴模成形后，随炉冷却。最后取出叶片进行表面化铣，数控加工叶根、叶型边缘，经终检后得到成品。
图2第二代宽弦无凸台风扇叶片的制造工艺过程
Fig.2Process of the second generation
wide chord lobe_free fan blade
美国普惠公司在制造钛合金宽弦无凸台空心风扇叶片时，采用了超塑成形/扩散连接工艺。其制造过程如图3所示。叶身由机械加工铣削成带肋的两半片对称的扁平叶身，将两半叶身在平板状态下放入模具内，用扩散连接方法将两半扁平叶身面对面焊成一体，再用超塑成形工艺使叶片成形。成形过程分成两步：第1步先将叶片毛坯放在一个形状与叶片成品相似的夹具内，并将它放入真空炉内加热至超塑状态，毛坯在重力作用下附在夹具上，使叶片扭度达到要求值的90%；第2步再将叶片放入最终成形模内，向叶片内吹入一定压力的氩气，在超塑状态下，使叶片100%贴模。最后取出成形的叶片，数控加工叶根。
图3钛合金宽弦无凸台空心风扇叶片的制造工艺过程
Fig.3Process of Ti alloy wide chord
lobe-free hollow fan blade
普惠公司应用这一方法已制造出F119发动机的一级风扇叶片和波音777飞机的PW4084发动机的大型风扇叶片。其中，PW4084发动机风扇转子直径为2849mm，风扇叶尖速度达387m/s。
美国通用电气公司在GE90发动机上，用高韧性环氧树脂复合材料代替钛合金制成了当今世界上最大的风扇叶片。该风扇叶高1.1m，弦长0.61m，风扇转子直径3242mm，风扇叶尖速度360～390m/s。设计和制造这种风扇叶片是冒很大技术风险的。为提高叶片抗分层性能和抗剪强度，通用电气公司发展了一种称之为大力神8551－7／IM7的增韧环氧/
石墨纤维。在环氧中加入卡芙拉(kevlar)微粒。用模压成形法制造树脂基复合材料风扇叶片的工艺过程如下：首先用模板法或冲模法截取各个铺层，由于每个铺层尺寸大小不一，可用计算机放样技术来确定它的尺寸。再将不同铺层以一定顺序装在模具上，按给定工艺参数进行固化。脱模后对叶片进行加工、去毛刺、修整和钻孔，按顺序在叶片前缘铺上胶膜、丝网和装配完金属保护板后，在一定工艺条件下加热、加压固化。最后脱模修整后，对叶片表面进行喷砂处理，打底漆，并涂上0.2～0.25mm厚的聚氨酯涂料，待其干燥固化后，即得到带有前缘保护的实心复合材料叶片。
用高韧环氧复合材料制造的风扇叶片比钛合金夹芯结构的风扇叶片轻3184g。在抗振特别是抗颤振性能方面也优于钛合金，抗鸟击能力和低噪音指标也获得适航当局的合格批准。装高韧环氧复合材料风扇叶片的GE90发动机已装于波音777飞机，并在1995年投入航线运营使用。
美国F-22“猛禽”战机所使用的F119发动机结构图
6金属基复合材料风扇叶片
美国普惠公司正在研制连续碳化硅纤维增强的钛基复合材料风扇叶片。这种用超塑成形/扩散连接工艺制成的重量轻、刚性好、耐撞击破坏强度高的空心风扇叶片可使发动机风扇级再减重约14%。
金属基复合材料风扇叶片的制造过程如下：首先将碳化硅纤维(SCS-6)和钛合金
(Ti-6Al-4V)制成钛面板，经X射线、超声波、金相和尺寸检查合格后将它加工成楔形板，再用超塑成形/扩散连接工艺将它制成成形板；然后对成形板进行尺寸和无损检测，以确保金属基复合材料有效连接和成形、内部无缺陷、表面无裂纹、增强纤维无任何变化，并保证蒙皮与芯板的连接缝、扩散连接面的连接质量；最后将检查合格的成形板，按风扇叶片尺寸要求制成叠板组件，用超塑成形/扩散连接工艺成形。叶片蒙皮厚度从根部到叶尖递减。蒙皮的制造方法是将单向排列的SCS-6纤维与钛交织成织物(用钛箔控制纤维间隔)按照厚度要求确定蒙皮层数，最后在热等静压罐内扩散结合。
有关涡扇发动机的介绍 引子: 涡扇发动机是喷气发动机的一个分枝，从血原关系上来说涡扇发动机应该算得上是涡喷发动的小弟弟。从结构上看，涡扇发动机只不过是在涡喷发动机之前（之后）加装了风扇而已。然而正是这区区的几页风扇把涡喷发动机与涡扇发动机严格的区分开来。涡扇发动机这个“小弟弟”仗着自已身上的几页风扇也青出与蓝。 现代的军用战斗机要求越来越高的机动性能，较高的推重比能赋予战斗机很高的垂直机动能力和优异的水平加速性能。而且在战时，如果本方机场遭到了对方破坏，战斗机还可以利用大推力来减少飞机的起飞着陆距离。比如装备了F-100-PW-100的F-15A当已方机机的跑道遭到部分破坏时，F-15可以开全加力以不到300米的起飞滑跑距离起飞。在降落时可以用60度的迎角作低速平飞，在不用减速伞和反推力的情况下，只要500米的跑道就可以安全降落。
更高的推重比是每一个战斗机飞行员所梦寐以求的。但战斗机的推重比在很大和度上是受发动机所限--如果飞机发动机的推重比小于6一级的话，其飞机的空战推重比就很难达到1，如果强行提高飞机的推重比的话所设计的飞机将在航程、武器挂载、机体强度上付出相当大的代价。比如前苏联设计的苏-11战斗机使用了推重比为 4.085的АЛ-7Ф-1-100涡喷发动机。为了使飞机的推重比达到1，苏-11的动力装置重量占了飞机起飞重量的26.1%。相应的代价是飞机的作战半径只有300公里左右。 而在民用客机、运输机和军用的轰炸机、运输机方面。随着新材料的运用飞机的机身结构作的越来越大，起飞重量也就越来越大，对发动机的推力要求也越来越高。在高函道比大推力的涡扇发动机出现之前，人们只能采用让大型飞机挂更多的发动机的方法来解决发动机的推力不足问题。比如B-52G轰炸机的翼下就挂了八台J-57-P-43W涡喷发动机。该发动机的单台最大起飞推力仅为6237公斤（喷水）。如果B-52晚几年出生的话它完全可以不挂那么多的发动机。在现在如果不考虑动力系统的可*性，像B-52之类的飞机只装一台发动机也未尝不可。 而涡扇发动机的诞生就是为了顺应人们对航空发动机越来越高的推力要求而诞生的。因为提高喷气发动机的推力最简单的办法就是提高发动机的空气流量。 一，历史 在五十年代未、六十年代初，作为航空动力的涡喷发动机以经相当
航空发动机涡扇叶片及其成形工艺 涡扇发动机具有耗油率低、起飞动力大、噪音低和迎风面积大等特点。60年代中期，它只应用于客机和轰炸机，当时人们普遍认为，它很难在高速歼击机上应用。自70年代以来，带加力的高推比涡扇发动机的相继问世，使战斗机的性能提高到了一个新的水平，从而彻底改变了人们对涡扇发动机的偏见。90年代中期，又为第四代战斗机成功研制了推重比10带加力的涡扇发动机。与此同时，为满足发展巨型、远程运输机、宽机身客机的需要，国外先进的发动机厂家又研制成功了大推力、低耗油率、大流量比的涡扇发动机。时至今日，涡扇发动机已是应用数量最多、范围最广和最有发展前景的航空发动机。 风扇叶片是涡扇发动机最具代表性的重要零件，涡扇发动机的性能与它的发展密切相关。初期的风扇叶片材料为钛合金，具有实心、窄弦、带阻尼凸台结构。现今，风扇叶片在材料、结构方面已改进许多。为了增强刚性，防止振动或颤振，提高风扇叶片的气动效率，用宽弦结构代表了窄弦、带阻尼凸台结构；为了减轻重量，用夹芯或空心结构取代了实心结构；为了增大流量比，提高大推力涡扇发动机推进效率，风扇转子直径已增大到了3242mm，风扇叶尖速度已高达457m/s。而这些材料新、叶身长、叶弦宽、结构复杂的风扇叶片的成形工艺是非常复杂的。因此，风扇叶片的成形工艺始终是涡扇发动机的关键制造技术之一。 1早期风扇叶片 早期风扇叶片为大尺寸实心结构，为防止共振及颤振，它的叶身中部常带有一个阻尼凸台(又称减振凸台)。所有叶片的凸台连成一环状，既增强了刚性又改变了叶片固有频率，减小了叶根弯曲和扭转应力。阻尼凸台接合面喷涂有耐磨合金，当叶片振动时，接合面相互摩擦可起阻尼作用。阻尼凸台一般位于距叶根约整个叶片长度的50%～70%处。阻尼凸台的存在带来一系列问题，如：由于它的存在及它与叶身连接处的局部加厚，使流道面积减少约2%，使空气流量降低，造成气流压力损失，使压气机效率下降，发动机耗油率增加；增加了叶身重量，使叶片离心力负荷加大；使叶片制造工艺更加复杂。在有些风扇叶片上，为了增强抗外物撞击损伤能力，叶身上除了阻尼凸台以外，还有较厚的加强筋。 CFM56-3和CFM56-5发动机风扇转子直径约1700mm，风扇叶片长约600mm，由整体钛合金锻件经机械加工而成。风扇叶片毛坯先镦锻出叶根和阻尼凸台，经预锻成形，再精锻、切边。叶身成形可用数控铣、数控仿形磨、电解加工和抛光等工艺。随着叶片批量生产的增加，应尽量采用精锻法生产出钛合金风扇叶片的锻坯，以提高材料的利用率，减少机械加工工作量和提高风扇叶片的使用寿命。但生产这样大的风扇叶片精锻毛坯，需要使用昂贵的高精度的万吨级机械压力机或螺旋压力机，所需模具的尺寸大、精度也高。因此，精锻工序的成本很高。4钛合金宽弦无凸台空心风扇叶片5高韧性环氧复合材料风扇叶片
航空发动机叶片加工 <>本文是MasterCAM软件在航空领域的一个应用案例。文章从飞机发动机 叶片的形状特点、加工过程中的难点、加工的具体方案与步骤，以及MasterCAM 软件的多轴铣功能等方面进行了全面的叙述。 <> 一、概述 <> 飞机发动机的叶片大小不同，形状各异：从尺寸上看，大的叶片有 250×60×10，小的只有30×10×5；从形状上看，带阻风台结构的稍复杂一些，需五轴联动铣削；不带阻风台的，用四轴加工即可。所有叶片都有一个特点：薄，加工时易变形。 <;P> 叶片的毛坯均为合金铸件，加工工序比较复杂，从图纸到成品，一般都要经过40～60个工序。目前，发动机叶片（叶背、叶盆）的加工，大多采用三轴铣削，即在立式铣削中心（带旋转工作台）先铣叶背，然后转180゜，再铣叶盆。进汽边、出汽边以及叶根，在后续的工序中再处理。这种铣削方法装卡次数多，加工效率低，并且加工后叶片变形大，叶片截面形状与原设计有较大误差。<;P> 如果采用四轴联动铣削，一次装卡就可把叶背、叶盆、进出汽边以及叶根同时加工出来，并且加工后的叶片变形也很小。如果走刀路径设计的合理，加工后叶片表面的光洁度高，后续的辅助工序可以取消或减化，进汽边和出汽边也无需再处理。从整体来看，叶片的加工质量和效率都会大为提高。 <;P> 四轴铣削叶片，理想的刀具路径如下： <;P> (1)四轴铣削叶背、叶盆时，刀具沿轴线螺旋走刀，从一端走到另一端；<;P> (2)再单独铣一次进、出汽边，刀具沿叶片轴线从一端铣到另一端，以保证进、出汽边的形状精度和表面光洁度； <;P> (3)铣削叶根的过渡面时，确保叶片两端的凸台不受损伤。 <;P>二、叶背、叶盆铣削 <;P> 对于图1所示的叶片，可采用近似于螺旋的走刀路径。刀具相对于叶片绕轴线做旋转运动，同时间断地沿轴线作直线运动，如图1所示。采用这种走刀路径，叶片的变形小，质量可靠；叶背叶盆刀痕匀布，余量均匀，减少了后续打磨、抛光等工序的工作量，可明显地提高叶片的生产效率。并且，编制这种走刀路径，较编制螺旋走刀路径容易得多。
一、填空题（请把正确答案写在试卷有下划线的空格处） 容易题目 1.推力是发动机所有部件上气体轴向力的代数和。 2.航空涡轮发动机的五大部件为进气装置；压气机；燃烧室；涡轮和排气装置； 其中“三大核心”部件为：压气机；燃烧室和涡轮。 3.压气机的作用提高空气压力，分成轴流式、离心式和组合式三种 4.离心式压气机的组成：离心式叶轮，叶片式扩压器，压气机机匣 5.压气机增压比的定义是压气机出口压力与进口压力的比值，反映了气流在压气 机内压力提高的程度。 6.压气机由转子和静子等组成，静子包括机匣和整流器 7.压气机转子可分为鼓式、盘式和鼓盘式。 8.转子（工作）叶片的部分组成：叶身、榫头、中间叶根 8.压气机的盘式转子可分为盘式和加强盘式。 9.压气机叶片的榫头联结形式有销钉式榫头；燕尾式榫头；和枞树形榫头。 10.压气机转子叶片通过燕尾形榫头与轮盘上燕尾形榫槽连接在轮盘。 11压气机静子的固定形式燕尾形榫头；柱形榫头和焊接在中间环或者机匣上。 12压气机进口整流罩的功用是减小流动损失。 13.压气机进口整流罩做成双层的目的是通加温热空气
14.轴流式压气机转子的组成盘；鼓（轴）和叶片。 15.压气机进口可变弯度导流叶片(或可调整流叶片)的作用是防止压气机喘振。 16.压气机是安装放气带或者放气活门的作用是防止压气机喘振 17.采用双转子压气机的作用是防止压气机喘振。 18压气机机匣的基本结构形式：整体式、分半式、分段式。 19压气机机匣的功用：提高压气机效率；承受和传递的负载；包容能力 20整流叶片与机匣联接的三种基本方法：榫头联接；焊接；环 21.多级轴流式压气机由前向后，转子叶片的长度的变化规律是逐渐缩短。 22.轴流式压气机叶栅通道形状是扩散形。 23.轴流式压气机级是由工作叶轮和整流环组成的。 24.在轴流式压气机的工作叶轮内，气流相对速度减小，压力、密度增加。 25.在轴流式压气机的整流环内，气流绝对速度减小，压力增加。 26.叶冠的作用：①可减少径向漏气而提高涡轮效率；②可抑制振动。 27.叶身凸台的作用：阻尼减振，避免发生共振或颤震，降低叶片根部的弯曲扭 转应力（防止叶片振动）。 28.涡轮工作条件：燃气温度高，转速高，负荷高，功率大 29.涡轮的基本类型：轴流式涡轮，径向式涡轮
航空发动机试验测试技术 航空发动机是当代最精密的机械产品之一，由于航空发动机涉及气动、热工、结构与 强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科，一台发动机内有十几个部件和 系统以及数以万计的零件，其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机 其它分系统复杂和苛刻，而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很 高的要求，因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。在有良好技术储备的基础上，研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时 的部件及系统试验，需要庞大而精密的试验设备。试验测试技术是发展先进航空发动机的 关键技术之一，试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据，也是评价发动机部 件和整机性能的重要判定条件。因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。 从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验， 一般也将全台发动机的试验称为试车。部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面 叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组 件的强度、振动试验等。整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试 验等。下面详细介绍几种试验。 1进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主 要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的 缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状 态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠 进气道与发动机联合试验。 2，压气机试验 对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性 参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出 不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为： (1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。 (3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。 3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量) 所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出 口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。 由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂，目前还没有一套精确的设计计算方法。因此，燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成。根据试验目的，在不同试验器上，采 用不同的模拟准则，进行多次反复试验并进行修改调整，以满足设计要求，因此燃烧室试 验对新机研制或改进改型是必不可少的关键性试验。
罗尔斯·罗伊斯公司『RR』 TF41 系列 TF41 牌号TF41 用途军用涡扇发动机 类型涡轮风扇发动机 国家美国 厂商罗尔斯·罗伊斯公司/艾利逊发动机公司 生产现状停产 装机对象单发攻击机A-7D(空军型)、A-7E(海军型)、A-7H及其教练型TA-7H 研制情况 TF41是美国艾利逊公司和英国罗尔斯·罗伊斯公司联合研制和生产的涡轮风扇发动机。该发动机是英国罗尔斯·罗伊斯公司斯贝RB168-25的一种改型，用来装A-7攻击机。1966年美空军与这两家公司签订合同，艾利逊公司负责研制和生产TF41发动机特有的零部件，罗尔斯·罗伊斯公司提供技术合作和与斯贝发动机通用的零部件。TF41-A-1发动机于1967年10月首次试车，1968年6月通过试飞前规定试验。1969年6月正式完成定型试验。在研制过程中，发动机积累了3600h以上的试验。经过多年的修改设计，使发动机翻修寿命达到1500h。 主要改型有TF41-A-1、TF41-A-2和TF41-A-100/-A-400。 结构和系统 (TF41-A-1) 进气口整体钢机匣。无进口导流叶片。 风扇及外涵3级轴流式。水平对开机匣。全外涵。 低压压气机2级轴流式，与风扇同轴。 高压压气机11级轴流式。 燃烧室环管形。有10个火焰筒和10个双油路喷嘴。 高压涡轮2级轴流式。2级导向器叶片和第1级转子叶片气冷。 低压涡轮2级轴流式。 尾喷管内、外涵气流经简单混合在喷管排气段内混合后排出。 控制系统机械液压式。转速和加速自动控制，应急时人工超控。 技术数据 (TF41-A-2) 起飞推力(daN) 6679 最大起飞耗油率[kg/(daN·h)] 0.66 推重比 4.97 空气流量(kg/s) 119.3 涵道比 0.74
摘要 摘要 本论文着重论述了涡轮叶片的故障分析。首先引见了涡轮叶片的一些根本常识；对涡轮叶片的结构特点和工作特点进行了详尽的论述，为进一步分析涡轮叶片故障做铺垫。接着对涡轮叶片的系统故障与故障形式作了阐明，涡轮叶片的故障形式主要分为裂纹故障和折断两大类，通过图表的形式来阐述观点和得出结论；然后罗列出了一些实例（某型发动机和涡轮工作叶片裂纹故障、涡轮工作叶片折断故障）对叶片的故障作了详细剖析。最后通过分析和研究，举出了一些对故障的预防措施和排除故障的方法。 关键词：涡轮叶片论述，涡轮叶片故障及其故障类型，故障现象，故障原因，排除方法
ABSTRACT ABSTRACT This paper emphatically discusses the failure analysis of turbine blade.First introduced some basic knowledge of turbine blades;The structure characteristics and working characteristics of turbine blade were described in she wants,for the further analysis of turbine blade failure Then the failure and failure mode of turbine blades;Turbine blade failure form mainly divided into two major categories of crack fault and broken,Through the graph form to illustrate ideas and draw conclusions ;Then lists some examples(WJ5 swine and turbine engine blade crack fault,turbine blade folding section)has made the detailed analysis of the blade.Through the analysis and research,finally give the preventive measures for faults and troubleshooting methods. Key words: The turbine blades is discussed，turbine blade fault and failure type，The fault phenomenon，fault caus，Elimination method
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 大修航空发动机涡轮叶片 的检修技术 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-4381-88 大修航空发动机涡轮叶片的检修技 术 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 介绍了涡轮叶片的清洗、无损检测、叶型完整性检测等预处理，以及包括表面损伤修理、叶顶修复、热静压、喷丸强化及涂层修复等在内的先进修理技术。 涡轮叶片的工作条件非常恶劣，因此，在性能先进的航空发动机上，涡轮叶片都采用了性能优异但价格十分昂贵的镍基和钴基高温合金材料以及复杂的制造工艺，例如，定向凝固叶片和单晶叶片。在维修车间采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复，延长其使用寿命，减少更换叶片，可获得可观的经济收益。为了有效提高航空发动机的工作可靠性和经济性，涡轮叶片先进的修理技术日益受到发动机用户和修理单位的重视，并获得了广泛的应用。 1.修理前的处理与检测
航空发动机叶片涂层技术 一．涡轮叶片是先进航空发动机核心关键之一 航空发动机被称为现代工业“皇冠上的明珠”，航空发动机是飞机的“心脏”，价值一般占到整架飞机的20%-25%。目前，能独立研制、生产航空发动机的国家只有美、英、法、俄、中5个。但是，无论“昆仑”、“秦岭”发动机、还是“太行”系列，我国航空发动机的水平距离这一领域的“珠穆朗玛”依然存在不小的差距。美、俄、英、法四个顶级“玩家”能够自主研发先进航空发动机。西方四国由于对未来战场与市场的担忧，在航空发动机核心技术上一直对中国实施禁运和封锁。技术难关有很多。本人认为涡轮叶片是先进航空发动机的核心技术之一。 随着航空航天工业的发展，对发动机的性能要求越来越高，要使发动机具有高的推重比和大的推动力，所采用的主要措施是提高涡轮进口温度。国外在20世纪90年代，要求涡轮前燃气进口温度达1850-1950K。美国在IHPTET计划中要求：在海平面标准大气条件下，航空燃气涡轮机的的涡轮进口温度高达2366K。涡轮进口温度的提高要求发动机零件必须具有更高的抗热冲击、耐高温腐蚀、抗热交变和复杂应力的能力。对于舰载机，由于在海洋高盐雾环境下长期服役，要求发动机的叶片的耐腐蚀性更高；常在沙漠上飞行的飞机，发动机的叶片要具有更好的耐磨蚀。 众所周知：镍基和钴基高温合金具有优异的高温力学和腐蚀性
能，广泛用于制造航空发动机和各类燃气轮机的涡轮叶片（blade and vane）。就材质来看：各国的高温合金型号虽各不相同，但就相近成分的高温合金来说，其性能相近（生产工艺方法不同有也造成性能有大的差异）。好的高温合金的使用温度也只有1073K左右，为达到前面所说的要求温度，采用的方法有二：一是制成空心的叶片。空心叶片自20世纪60年代中期出现以来，经历了对流冷却、冲击冷却、气膜冷却以及综合冷却的发展历程，使进气口温度高出叶片材料约300—500℃，内腔的走向复杂化和细致化。这一步的改进仍难满足需要，且英国发展计划将取消冷却。二是涂层，常进行多材质多层次涂层。 PVT公司研究表明：军用直升机上的发动机叶片采用涂层，在沙漠上飞行，寿命可提高3倍左右，不仅大大降低了制造发动机叶片的成本，同时也使飞机的维护时间延长了两倍。 二．涡轮叶片的涂层 高温合金的生产方法或晶形结构对产品的性能是有很大影响的，如图1所示，GE公司20年前开始采用单晶高温合金制作战机用发 Fig.1 Comparative preperties of polycrystal,columnar and single-crystal superallys
航空发动机叶片材料及制造技术现状 在航空发动机中，涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，并被誉为“王冠上的明珠”。涡轮叶片的性能水平，特别是承温能力，成为一种型号发动机先进程度的重要标志，在一定意义上，也是一个国家航空工业水平的显著标志【007】。 航空发动机不断追求高推重比，使得变形高温合金和铸造高温合金难以满足其越来越高的温度及性能要求，因而国外自7O年代以来纷纷开始研制新型高温合金，先后研制了定向凝固高温合金、单晶高温合金等具有优异高温性能的新材料；单晶高温合金已经发展到了第3代。8O年代，又开始研制了陶瓷叶片材料，在叶片上开始采用防腐、隔热涂层等技术。 1 航空发动机原理简介 航空发动机主要分民用和军用两种。图1是普惠公司民用涡轮发动机主要构件；图2是军用发动机的工作原理示意图；图3是飞机涡轮发动机内的温度、气流速度和压力分布；图4是罗尔斯-罗伊斯喷气发动机内温度和材料分布；图5为航空发动机用不同材料用量的发展变化情况。 图1 普惠公司民用涡轮发动机主要构件 图2 EJ200军用飞机涡轮发动机的工作原理
图3 商用涡轮发动机内的温度、气流速度和压力分布 图4 罗尔斯-罗伊斯喷气发动机内温度和材料分布 图5 航空发动机用不同材料用量的变化情况
1变形高温合金叶片 1.1 叶片材料 变形高温合金发展有50多年的历史，国内飞机发动机叶片常用变形高温合金如表1所示。高温合金中随着铝、钛和钨、钼含量增加，材料性能持续提高，但热加工性能下降；加入昂贵的合金元素钴之后，可以改善材料的综合性能和提高高温组织的稳定性。 1.2 制造技术 生产工艺。变形高温合金叶片的生产是将热轧棒经过模锻或辊压成形的。模锻叶片主要工艺如下： （1）镦锻榫头部位； （2）换模具，模锻叶身。通常分粗锻、精锻两道工序；模锻时，一般要在模腔内壁喷涂硫化钼，减少模具与材料接触面之阻力，以利于金属变 形流动； （3）精锻件，机加工成成品； （4）成品零件消应力退火处理； （5）表面抛光处理。分电解抛光、机械抛光两种。 常见问题。模锻叶片生产中常见问题如下： （1）钢锭头部切头余量不足，中心亮条缺陷贯穿整个叶片； （2） GH4049合金模锻易出现锻造裂纹； （3）叶片电解抛光中，发生电解损伤，形成晶界腐蚀； （4） GH4220合金生产的叶片，在试车中容易发生“掉晶”现象；这是在热应力反复作用下，导致晶粒松动，直至剥落。 发展趋势。叶片是航空发动机关键零件．它的制造量占整机制造量的三分之一左右。航空发动机叶片属于薄壁易变形零件。如何控制其变形并高效、高质量地加工是目前叶片制造行业研究的重要课题之一。
我国涡扇10航空发动机内幕 八十年代初期，中国航空研究院606所（中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所）因七十年代上马的歼九、歼十三、强六、大型运输机等项目的纷纷下马，与之配套的研发长达二十年的涡扇六系列发动机也因无装配对象被迫下马，令人扼腕，而此时中国在航空动力方面与世界发达国家的差距拉到二十年之上。面对中国航空界的严峻局面，国家于八十年代中期决定发展新一代大推力涡扇发动机，这就是涡扇10系列发动机。依据装配对象的不同，涡扇10系列有涡扇10、涡扇10A、涡扇10B、涡扇10C、涡扇10D等型号，其中涡扇10A是专门为中国为赶超世界先进水平而上马的新歼配套的。中国为加快发展涡扇10系列发动机，采取两条腿走路方针。一是引进国外成熟的核心机技术。中美关系改善的八十年代，中国从美国进口了与F100同级的航改陆用燃汽轮机，这是涡扇10A核心机的重要技术来源之一；二是自研改进。中国充分运用当时正在进行的高推预研部分成果（如92年试车成功的624所中推核心机技术，性能要求全面超过F404），对引进的核心机加以改进，使核心机技术与美国原型机发生了较大变化，性能大为增强。这里说句题外话，网上有人说涡扇10是在F404 基础上放大而成，性能直逼F414，似乎也不无道理，因为核心机技术来源较多，不能单纯说由那一家发展而来
结构： 涡扇10/10A是一种采用三级风扇，九级整流，一级高压，一级低压共十二级,单级高效高功高低压涡轮，即所谓的3+9+1+1结构结构的大推力高推重比低涵道比先进发动机。黎明在研制该发动机机时成功地采用了跨音速风扇;气冷高温叶片，电子束焊整体风扇转子，钛合金精铸中介机匣;，挤压油膜轴承，刷式密封，高能点火电嘴，气芯式加力燃油泵，带
航空发动机叶片增材制造调查报告 总体来说，有这样几种可行性方向。 一、工艺方向，包括整体增材制造或者表面增材强化： 1. 整体增材制造：使用3d打印代替传统加工工艺，整体打印。目前可行的3d打印技术包括： FDM：熔融沉积(Fused Deposition Modeling) SLM：选择性激光熔融技术（Selective Laser Melting） SLS：选择性激光烧结成型法（Selective Laser Sintering） DMLS：直接金属激光烧结（Direct Metal Laser Sintering） LMD：激光金属沉积（laser metal deposition） 相比于熔模铸造，增材制造具有的优势多于劣势，因此具有较大研究价值。如何解决增材制造新工艺存在的技术弱点正是需要研究的方向。总结有如下几点： ①强度问题：目前最常用为镍基合金增材，使用何种材料可提升强度？ ②精度问题：粘结剂喷射，然后是适当的烧结和表面处理是一种很有前途的合金制造工艺 [1]，如何进一步提升表面精度？ ③温度问题：3d打印叶片目前只是在常温叶片制造上有一些应用，针对于航空发动机涡轮的耐高温叶片（1400-1700℃）则鲜有研究。需要解决问题包括：除镍基合金外，打印粉末采用何种耐高温材料（金属、非金属、复合材料[2]）？最佳的高温合金打印方法是哪一种？ ④建立模型：建立增材制造叶片的收缩模型、疲劳模型、力学模型等。 2.表面增材强化：使用激光熔覆或等离子喷涂，在已有叶片表面上增加强化散热层，叶片为多层结构。（滕海灏） 二、产品方向，叶片结构智能化和新材料应用。目前叶片结构如下图所示[3]，采用熔模铸造的工艺方案，其优缺点见上表。如前所述，如果采用3d打印工艺加工这种空心叶片结构将会实现多方面的优化。就产品本身而言，可以在如下方面进行研究。
发动机叶片 一、 发动机与飞机 1. 发动机种类 1） 涡轮喷气发动机（WP ）WP5、WP6、WP7、……WP13 2） 涡轮螺桨发动机（WJ ）WJ5、WJ6、WJ7 3） 涡轮风扇发动机（WS ）WS9、WS10、WS11 4） 涡轮轴发动机（WZ ）WZ5、WZ6、WZ8、WZ9 5） 活塞发动机（HS ）HS5、HS6、HS9 2. 发动机的结构与组成 燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。（发动机的整体构造如下图1）三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多（见表1～5） 3. 发动机工作原理及热处理过程
工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。 热力过程：用p-υ或T-S 图来表示发动机的热力过程： 4. 飞机与发动机 发动机是飞机的动力，也是飞机的心脏，不同用途的飞机配备不同种类的发动机。如： 1） 军民用运输机、轰炸机、客机、装用WJ 、WS 、WP 类发 动机。 2） 强击机、歼击机、教练机、侦察机、装用WP 、WS 、HS 类发动机。 3） 军民用直升机装用WZ 类发动机。 二、 叶片 在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的 叶片完成对气体的
压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。 1.叶片为什么一定要扭 在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。 发动机叶片数量统计如下（以WJ6、WS11为例）表： 1.WJ6 压气机叶片数量见表1 表1 涡轮叶片数量见表2 表2
航空发动机叶片裂纹检测技术及应用分析 航空发动机作为飞机动力的核心，是体现飞机性能的标准之一。大多采用复杂型面叶片，在运行过程中因为会受到应力、离心力已于弯矩应力的影响，所以容易生成疲劳裂纹、层间分离等损伤。这种损伤会降低航空发动机的性能，给装备带来安全隐患，甚至会引发灾难。因此发展、使用高效的检测技术是解决这类问题的关键。 大部分应用于航空发动机叶片检测的方法主要有孔探法以及常规的检测方法如磁粉、射线、涡流电磁法，其中孔探法是发动机外场检测应用最多的一种技术，这种技术检测时间长，对人力的要求很高，并且操作过程较为复杂且必须十分谨慎。常规的检测方法对复杂曲面结构缺陷的检测存在这一定的局限性。近年来已出现一些高效的无损检测方法如声波/超声波检测、电磁超声非线性检测、相控阵检测等已经逐步应用于发动机叶片的探伤。红外热成像技术亦是较为先进的无损检测技术之一，它主要是通过对被测结构件表面的温度变化进行捕捉，利用红外热成像仪采集表面因温度变化而产生的红外信号检测的。 红外热成像技术是用超声波对工件表面积局部进行激励进而进行加热，通过热成像仪捕捉裂纹区域的局部红外图像。由于在固体器件中超声波传播速度快，所以从发出激励信号到采集到反馈信号是极短时间的过程，又因为深度、裂纹大小不同，红外信号传播到试件表面并得到反馈是随着时间、裂纹规模变化的，最后经过图像处理可以对试件的裂纹进行识别与定位。 1 检测原理及方法概述 1.1 检测原理概述 超声红外热成像检测技术的原理是先将低频高能的超声波注入被测零件，被测零件会产生小幅的机械振动，如果存在裂纹，那么由于裂纹两侧因震动频率不同（即出现相位差）而出现部分热效应（即
第四代军用航空发动机（F119和EJ2000） 资料来源：西北工业大学 F119 ： 结构形式：双转子加力式涡轮风扇发动机 推力范围：加力 15568daN中间 9786daN 用途： F22 结构与系统： 风扇：3级轴流式，无进口导流叶片，宽弦设计 高压压气机：6级轴流式，整体叶盘结构 燃烧室：环型，浮壁结构 高压涡轮：单级轴流式，采用第三代单晶涡轮叶片材料，隔热涂层和先进冷却结构低压涡轮：单级轴流式，与高压涡轮对转 加力燃烧室：整体式，内外涵各设单圈喷油环 矢量喷管：二元矢量收敛－扩张喷管，俯仰方向可作-20度到 +20度的偏转 控制系统：第三代双余度FADEC 装备F119的F22
研制概况： F119 是普惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机．其设计目标是：不加力超音速巡航，非常规机动和短距起落能力，隐身性能，寿命费用降低至 25% ，零件数减少 40%~60% ，推重比提高 20%, 耐久性提高两倍，零件寿命延长 50% ．F119 上采用的先进技术有：三维粘性叶轮机设计方法，整体叶盘结构，高紊流度强旋流主燃烧室头部，浮壁式燃烧室结构，高低压涡轮旋向相反，整体加力式燃烧室设计，二元矢量喷管和第三代双余度 FADEC 等 . 试车台上的F119
收敛－扩张型尾喷管
EJ2000 ： 结构形式：双转子加力式涡轮风扇发动机 推力范围：中间6000daN加力9000daN 用途：欧洲战斗机EF2000 结构与系统： 风扇：3级轴流式，采用三维跨音速宽弦叶片，无进口导流叶片．压比约为4.0 高压压气机：5级轴流式 燃烧室：环型，蒸发式喷油嘴 涡轮：单级轴流式低压涡轮＋单级轴流式高压涡轮 加力燃烧室：燃烧和混合型，采用多根径向火焰稳定器 尾喷管：全程可调收敛－扩张式 控制系统：FADEC，具有故障诊断和状态监视能力 装配EJ2000发动机的EF2000战斗机
发动机叶片 一、发动机与飞机 1.发动机种类 1）涡轮喷气发动机（WP）WP5、WP6、WP7、……WP13 2）涡轮螺桨发动机（WJ）WJ5、WJ6、WJ7 3）涡轮风扇发动机（WS）WS9、WS10、WS11 4）涡轮轴发动机（WZ）WZ5、WZ6、WZ8、WZ9 5）活塞发动机（HS）HS5、HS6、HS9 2.发动机的结构与组成 燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。（发动机的整体构造如下图1）三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多（见表1～5） 3. 工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡
轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。 热力过程：用p-υ或T-S 图来表示发动机的热力过程： 4. 发动机是飞机的动力，也是飞机的心脏，不同用途的飞机配备不同种类的发动机。如： 1） 军民用运输机、轰炸机、客机、装用WJ 、WS 、WP 类发 动机。 2） 强击机、歼击机、教练机、侦察机、装用WP 、WS 、HS 类发动机。 3） 军民用直升机装用WZ 类发动机。 二、 叶片 在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，
航空发动机叶片CAD技术综述
pressure and high load conditions, but also with h i g h e f f i c i e n c y,s m a l l s i z e a n d l o w w e i g h t c h a r a c t e r i s t i c s. This paper introduces the major aero-engine blades CAD technology. Key Words：Aero-engine, Blades, CAD 1.引言 航空发动机是飞机的“心脏”。航空发动机研制技术复杂，投资巨大，周期长。各国航空发动机行业在突破航空发动机设计技术、材料科学技术和制造技术的同时，广泛采用CAD技术，大力推进产品的信息化。航空发动机叶片是航空燃气涡轮发动机中的关键零件，其中的高压涡轮叶片更是被誉为“现代制造业皇冠上的明珠”，不仅因为其单个产品上万美元的价值，更因其集中体现了各项性能设计要求之间的矛盾。航空发动机叶片属于功能和结构都比较复杂 的产品，既要工作在高温、高压和高负荷的条件下，又要具有高效率、小体积和低重量的特点。因此，航空发动机叶片设计问题受到行业内的重
点关注。 2.国外航空发动机CAD技术简介 2.1 GE公司 20世纪60年代后期开始了CAD技术在航空发动机研发中的应用，1980年建立了飞机发动机部门的CIMS，使生产率提高、成本降低。1985年，在发动机设计优化技术基础上，着手开发了一个用于设计优化、自动化集成优化的软件平台Engineous，将Engineous与自主研发的涡轮设计软件和非设计状态分析系统TDOD、压气机设计软件CUS等集成，在压气机和涡轮的国内已开始有关这方面的研究开发工作，但没形成系列化产品。2000年海尔集团与哈尔滨工业大学，共同组建机器人技术有限公司。2002年哈尔滨工业大学机器人研究所成功研制出智能吸尘机器人。浙江大学早在1996年之前就开始了智能吸尘机器人的研究，在路径规划算法、多传感器信息融合等技术领域取得了一定的成果。其他一些国内知名大学和自动化研究所等科研单位也陆续涉足吸尘机器人领域并先后制造出了自己的试验样机。2.2 RR公司 20世纪60年代中期，开始在叶片的设计中
航空发动机转子叶片装配工艺设计1概述 大涵道比涡扇发动机普遍追求大推力、大功率等性能指标。为了驱动大风扇、提高效率，涡轮结构一般采用多级低压涡轮。［1］低压涡轮转子叶片作为其中重要零件之一，不仅加工难度大，制造成本昂贵，工作时又需要在高温高压状态下运转，承载受力大，工况复杂。［2］面对如此恶劣的条件，转子叶片表面微小的损伤都极有可能被催化放大，进而产生裂纹、掉块等故障，严重威胁发动机可靠性和稳定性。因此无论从控制投入成本、生产周期亦或保障发动机性能角度考虑，转子叶片的表面质量都需要全方位严加要求。由于结构设计特殊性，低涡转子叶片榫头安装到盘组件榫槽时，需要克服一定阻力。为避免施加装配外力造成转子叶片表面损伤，国外安装转子叶片采用专用装配工艺，而国内在该工艺研究方面一直处于瓶颈状态。［3-4］目前国内采用手动敲击叶片的装配方式，易造成叶片损伤、叶冠错齿等情况，存在安全隐患，影响装配质量。本文基于对多级低压涡轮盘片组件的结构分析，提供了一种转子叶片的新型装配工艺，操作方式简单，在一定程度上降低了装配应力，确保发动机装配质量和性能。 2结构分析 锯齿形叶冠为发动机低压涡轮转子叶片常用叶冠形状。由于相邻叶片间叶冠锯齿存在咬合，因此该型叶冠叶片在盘组件上的装分操作，需要整圈叶片沿盘组件同时轴向移动方能实现。图1低涡转子叶片装配结构示意图受机件加工误差、叶片间相互约束等因素影响，整圈叶
片需克服一定阻力才能沿盘组件移动。而鉴于转子叶片和涡轮盘的装配结构特点和可操作性，转子叶片的外力可作用位置仅限于内缘板附近位置。国内现多采用橡胶锤或其他类似工具敲砸缘板的方法施加冲击外载:操作者首先将所有叶片榫头搭接到涡轮盘榫槽上，同时确保叶片叶冠处于正常咬合状态;准备好后手持橡胶锤，敲砸若干相邻叶片的缘板，使其轴向移动一小段距离，接着再对邻近若干叶片敲击，如此逐组进行，整圈叶片得以轴向移动一定距离，重复操作，最终实现叶片装分。这种方法看似简单，但实际存在很大安全风险:人工施加冲击外载，难以控制施力大小，力过小无法实现叶片安装，力过大容易损伤叶片，且叶片内缘板结构较窄，强度不高，现场已多次出现缘板砸伤事故。 3工艺设计 3．1总体方案 转子叶片在涡轮盘组件上的装配工艺设计，主要即加载装置和支承装置两大工艺装置的设计。加载装置，主要为叶片装分提供稳定均匀载荷，受装配结构限制，仅可设置在叶片内缘板附近位置加载;支承装置，在装分过程中支承定位叶片和涡轮盘组件，具备无级调控两者相对轴向距离的功能，可适应过程中叶片和涡轮盘组件的任意轴向状态。此外，考虑到低涡的多级结构，因此该工艺设计需要具有通用适应性，加载装置和支承装置应能实现各级转子叶片的装分。 3．2工艺原理 转子叶片装分原理见图2。利用支承装置对叶片和盘组件分别进
航空发动机涡轮叶片相控阵超声检测研究 江文文，柏逢明 （长春理工大学电子信息工程学院，长春 130022） 摘 要：超声波无损检测技术（UNT ）是航空工件检测中应用较多的一种检测方法。本文对航空发动机涡轮叶片进行了超 声波无损检测；传统检测是用反射波形和波幅特征分析检测出发动机涡轮叶片缺陷；相控阵超声检测（PAUT ）是利用相位延迟达到相控效果，形成清晰的图像，和传统超声波检测相比，更能直观的显示缺陷的位置和形状。关键词：超声波检测；相控阵；发动机叶片；相位延迟中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1672-9870（2011）04-0066-04 Phased Array Ultrasonic Nondestructive Testing for Aero-engine Turbine Blade JIANG Wenwen ，BAI Fengming （School of Electronics and Information Engineering ，Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022）Abstract ：Ultrasonic Nondestructive Testing （UNT ）is widely used in aviation component test .This paper adopts UNT in aero-engine turbine blade .Traditional detection uses reflection waveform and amplitude characteristic to check out flaw in engine turbine blade .Phased Array Ultrasonic nondestructive Testing （PAUT ）takes advantage of phased delay to obtain phased effect and product clear image .Comparing with traditional ultrasonic detection ，PAUT shows po-sition and sharp of flaw more directly. Key words ：ultrasonic testing ；phased arrays ；engine blade ；phased delay 航空发动机的涡轮叶片裂纹是危害飞行安全的重要因素，即使是微小的裂纹对飞机都可能造成无法挽回的后果。航空发动机涡轮叶片除了承受巨大的交变拉应力和扭转应力，还需要在高压腐蚀性燃气的冲击下高速旋转。此外还存在高温氧化、热腐蚀和磨损的问题。而叶片的生产成本很高，因此为了节省经济成本，必须寻找有效的检测手段，及时检测出飞机存在的危险因素。随着技术的发展，我们还需要对涡轮叶片进行定性和定量的分析，确定缺陷的大小和形状等。 超声波检测因其灵敏度高，穿透力强，分辨力好，检验速度快，成本低，设备简单和对人体无害等一系列优点广泛用于航空航天领域。 1传统超声波检测 传统超声波无损检测系统是由超声波换能器、发射电路、回波接受电路、主控电路和显示装置组成。超声波检测的基本原理［1］如图1 所示。 图1超声波检测原理图 Fig.1Ultrasonic testing schematic diagram 传统检测多用脉冲反射法。当工件完好时，超声波可顺利传播到达底面，示波屏中只有表示发射脉冲T 和底波回波B 两个信号。若工件中存在缺陷，在示波屏中有表示发射脉冲T 和底波回波B ，还有表示缺陷波的回波F 。如图2所示，根据缺陷回波 收稿日期：2011-07-01 作者简介：江文文（1987-），女，硕士研究生，主要从事检测技术与过程控制，E-mail ：bingdongdeleishui1@https://www.doczj.com/doc/1310654084.html, 。 通讯作者：柏逢明（1956-），男，教授，博士生导师，主要从事非线性系统理论、保密通信检测及无线电技术应用研究，E-mail ：baifm@https://www.doczj.com/doc/1310654084.html, 。 长春理工大学学报（自然科学版） Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ） 第34卷第4期2011年12月 Vol.34No.4Dec.2011