航空发动机压气机叶片的设计

CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片典型损伤模型建立、外来物损伤分析、检测方法及修复方式研究目录摘要 (6)Abstract ...................................................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章绪论. (7)1.1 研究背景及意义 (7)1.2 航空燃气涡轮发动机叶片建模 (10)1.3 发动机叶片损伤的检测方法对比研究 (11)1.4 外来物损伤分析 (11)1.5 航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (12)第二章CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片建模 (12)2.1 数据测量 (13)2.2 建模过程 (16)2.3 带损伤叶片的成品展示及危害性介绍 (23)第三章航空燃气涡轮发动机叶损伤检测方法研究 (30)3.1 目前的无损检测方式分类 (31)3.2 各种无损检测方式优缺点分析 (35)3.3 无损检测技术在发动机检测中的运用 (44)第四章航空燃气涡轮发动机叶片外来物损伤 (45)4.1 鸟类等软物撞击的损伤 (46)4.2 硬物撞击对叶片的损伤 (47)第五章航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (49)5.1 目前常用的一些修复方法 (50)5.2 常用修复方法的优缺点对比 (51)5.3 目前叶片修复面临的难题 (52)5.4 航空发动机叶片修复再制造的一般流程 (52)参考文献 (53)致谢............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。

航空发动机叶⽚知多少（⼀）——风扇叶⽚简介如果经常坐飞机，那肯定都知道，飞机发动机前⾯有⼀圈很⼤很⼤的叶⽚。

没错，通常通过发动机外观我们只能看到发动机的风扇叶⽚（涡扇发动机）或者涡桨叶⽚（涡桨发动机），也就是我们通常在飞机前⾯能看到的很⾼很⼤的叶⽚。

那飞机发动机上究竟是不是只有我们看到的风扇叶⽚啊？如果你只见树⽊，不见森林，那就错了，风扇叶⽚论数量只占到发动机中叶⽚总数的2%左右，还有很多叶⽚是什么呢？下⾯跟着⼩编⼀起来看看发动机上的叶⽚类型，以及每种叶⽚不同的⼯作原理。

今天我们先来说说——修长的风扇叶⽚！就风扇叶⽚⽽⾔，⽬前世界上⽬前最⼤风扇叶⽚是GE9X的风扇叶⽚它的叶尖直径为3.4m，采⽤GE公司的第4代碳纤维复合材料制成。

3.4m是什么概念，也就是说单个叶⽚安在发动机上，它的半径⼏乎相当于成年⼈的⾝⾼。

GE9X叶⽚钛合⾦风扇叶⽚风扇叶⽚是最容易观察到的叶⽚。

风扇叶⽚的直径⼀般⽐较⼤，从⼀⽶到三⽶多不等。

风扇叶⽚的主要作⽤是把进⼊发动机的空⽓进⾏初步压缩，压缩后的⽓体分两路，⼀路进⼊内涵道进⾏继续压缩，⼀路流进外涵道直接⾼速排出，产⽣巨⼤的推⼒。

可能觉得不可思议，其实涡扇发动机80%以上的推⼒都是由直接排出外涵道的⽓体提供的。

风扇叶⽚⼀般是由钛合⾦以及复合材料制成。

其中，GE的风扇叶⽚⼀般都是碳纤维复合材料。

复合材料的⽐强度很⾼，所以发动机转速，⽐较⾼的复合材料是不存在强度问题。

GE90发动机复合材料风扇叶⽚:直径达3.124m.叶⾝与叶根⽤IM7中长碳纤维与韧性好的8511-7环氧树脂组成的被称为”⼤⼒神”的8511-7/IM7复合材料制成⼀整体。

在叶⾝的压⼒⾯上喷涂聚胺酯防腐涂层，在叶背上涂有聚胺酯漆。

为提⾼叶⽚抗⼤鸟撞击的能⼒，叶⽚前缘从上⾄下包有钛合⾦薄⽚，在叶盆尾缘位于叶尖1/3的⾯积上也包有钛合⾦薄⽚。

钛合⾦薄⽚是⽤3MAF191胶粘到复合材料的叶⾝上的。

为防⽌叶⽚在叶尖与尾缘处材料脱层，⽤Kevlar材料制成的线在叶尖与尾缘处进⾏了缝合。

发动机叶片发动机与飞机1.发动机种类1）涡轮喷气发动机（WP）WP5、WP6、WP7、……WP132）涡轮螺桨发动机（WJ）WJ5、WJ6、WJ73）涡轮风扇发动机（WS）WS9、WS10、WS114）涡轮轴发动机（WZ）WZ5、WZ6、WZ8、WZ95）活塞发动机（HS）HS5、HS6、HS92.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）发动机的整体结构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-U或T-S图来表示发动机的热力过程:图1•发动机等压加热理想循环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。

航空发动机涡轮叶片故障分析与修理毕业设计南京航空航天大学航空发动机涡轮叶片故障分析与修理学生姓名学号 021270160航空宇航学院学院飞行器设计与工程专业12 班级指导教师二〇一四年六月- 1 -南京航空航天大学本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目:航空发动机涡轮叶片故障分析与修理)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

尽本人所知，除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名: 2014年06月10日(学号):021270160- 2 -航空发动机涡轮叶片故障分析与修理摘要燃气涡轮是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一。

涡轮叶片分为涡轮转子叶片和导向叶片。

涡轮转子叶片是把高温燃气的能量转变为转子的机械功的重要零件。

工作时，它不仅被经常变化着的高温燃气所包围，并且还承受着高速旋转产生的巨大离心力、气体力和震动符合，可见涡轮转子叶片的工作条件十分恶劣。

导向叶片使燃气在通过其的过程中速度增加，压力及温度下降，气流方向改变。

虽然导向叶片是静止件，但是工作条件十分恶劣，除了受较大的气动力与不稳定的脉动符合外还处于高温燃气的包围之中，温度高，冷热变化大，温度不均匀严重。

它们的工作环境都十分恶劣，但是它们都是燃气涡轮发动机的重要组成，涡轮转子叶片还是发动机寿命的主要零件之一。

因此，对涡轮叶片的故障的研究是十分必要的，对涡轮叶片的维护是必不可少的。

关键词:燃气涡轮，叶片维护- 3 -Analysis and repair the fault of aero engineturbine bladeAbstractGas turbine is one of the important components of aero gas turbine engine. Turbine blade for turbine rotor blades and guide vanes. Turbine rotor blade is the important part of high temperature gas energy into mechanical work of the rotor. When working, surrounded by high temperature gas not only is constantly changing, and it also bear huge centrifugal force, the high-speed rotation of the gas force andvibration with visible turbine rotor blades, the poor working conditions. Guide vane gas increased faster in the process, the pressure and thetemperature drop, change of flow direction. Although the guide vane is stationary, but the work condition is very bad, in addition to theaerodynamic force large and unstable pulsation meet is in high temperature gas surrounded, high temperature, hot and cold changes, uneven temperature seriously. Their working conditions are very bad, but they are an important component of gas turbine engine, one of the main parts of turbine rotor blades or engine life. Therefore, research on fault of turbine blades is very necessary, maintenance of turbine blade is essential.Key Words:Gas turbine，Blade maintenance- 4 -目录摘要......................................................................3 第一章涡轮叶片的故障分析 (6)1.1 转子叶片的振动类型及其特征 (6)1.1.1 转子叶片的震动分类与基本振型 (6)1.2 涡轮叶片的常见裂纹 (7)1.3涡轮叶片的常见裂纹 (7)1.3.1 蠕变断裂 (7)1.3.2热疲劳断裂 (8)1.3.3 疲劳断裂.......................................................9 第二章飞机发动机叶片的维修技术 . (11)2.1 修理前的处理与检测 (11)2.1.1 清洗 (11)2.1.2 无损检测 (11)2.1.3 叶型的精确检测................................................12 2.3叶片修理技术 (12)2.2.1 焊接修理 (12)2.2.2热喷涂技术 (13)2.2.3 喷丸强化 (14)2.2.4 涂层修复 (15)结束语 (1)6 参考文献 (17)致谢...................................................................... .18- 5 -第一章涡轮叶片的故障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、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发动机的性能水平耐久性和寿命。

压气机转子叶片扭转角控制分析摘要：压气机转子叶片安装角是影响压气机部件性能的关键因素。

为提高压气机部件效率，通过调整转子叶片装配间隙尺寸，能够改善压气机转子工作状态安装角进而改善发动机性能。

关键词：转子叶片安装角控制方式发动机性能1绪论压气机部件是航空发动机的关键部件之一，压气机部件工作直接影响发动机做功能力等性能指标。

压气机性能参数指标主要包括压比和效率。

其中增压比和效率是描述压气机气动性能的两个基本参数，一个反映压气机的做功能力，另一个反映实现该能力的经济性。

在航空发动机中，通常可以按照气体在发动机中流动的方向分类，大致可以将压气机分为轴流式、离心式、斜流式和混合式4类。

轴流式压气机相比于离心式压气机具有一定优势，其具有更小的迎风面积、更适用于多级结构，在高压比时具有更高的效率，同时流动能力强和能够采用叶栅理论等优点。

2压气机转子结构分析该压气机为轴流式压气机，压气转子为鼓盘式转子。

本节内容主要分析该转子结构，该压气机转子由轮盘组件、转子叶片、压气机轴、滚柱轴承和滚珠轴承等零件组成。

各级叶片通过榫头与榫槽相连接，压气机工作过程中，由榫头定位面承受径向离心作用力。

榫头与榫槽之间存在一定配合间隙，转子叶片圆周方向相互配合定位。

转子叶尖有配合石墨涂层，减少气流损失，同时保证叶尖刮磨安全性。

各级压气机盘前后止口端面进行轴向连接定位。

前后锁紧螺母保证压气机转子工作状态轴向定位。

转子叶片与轮盘之间采用榫头与榫槽连接方式径向定位。

转子叶片圆周方向无定位连接，靠转子叶片之间相互作用力压紧，最后由锁紧螺钉将叶盘在圆周方向锁紧。

由于连接方式非刚性连接，因此转子叶片与榫槽存在轴向和径向间隙。

榫头装入榫槽后存在轴向、径向和圆周方向位移变化自由度，当受力条件满足时，叶片将在榫槽中发生位移，进而引起安装角变化。

发动机在低转速工作过程中，压气机进入工作状态转速偏高，效率偏低，压气机后压力变化不稳定，进而影响到发动机起动合格率。

航空发动机叶片分类航空发动机叶片是航空发动机中最重要的组成部分之一，它直接影响了航空发动机的性能和效率。

航空发动机叶片根据其功能和形状可以分成多种类型，本文将进行分类介绍。

1.压气机叶片压气机叶片是位于发动机前部的部件，主要作用是将空气压缩并送入燃烧室。

压气机叶片的形状通常是弯曲的，以最大程度地提高空气的压缩效率。

压气机叶片可以再次分为进气、中间和出气压气机叶片。

2.燃气轮机叶片燃气轮机叶片是用来驱动发动机的部件。

它通常由高温合金制成，能够承受高温和高压。

燃气轮机叶片的形状通常是扇形的，以便能够有效地利用燃气轮机产生的动力。

3.喷气推进器叶片喷气推进器叶片是用来驱动航空器的部件。

它通常由轻质金属制成，可以在高空中承受极端的温度和压力。

喷气推进器叶片的形状通常是锥形或扇形的，以便能够更好地将推力传递给空气。

4.内置安装叶片内置安装叶片是一种特殊类型的叶片，它被安装在发动机内部，用于调节空气流量和燃料混合。

内置安装叶片的形状取决于其功能和位置。

5.噪音减缓叶片噪音减缓叶片是一种专门设计的叶片，用于减少航空发动机产生的噪音。

噪音减缓叶片的形状和结构通常比普通叶片要复杂，以最大程度地减少噪音污染。

6.涡轮增压器叶片涡轮增压器叶片被用于控制航空发动机的气流和压力。

涡轮增压器叶片的形状和数量取决于具体的应用场景。

总的来说，航空发动机叶片按照其功能和形状不同，可以分成多种类型。

随着航空技术的不断发展和创新，航空发动机叶片的形状和材料也在不断改进和升级，以满足不同的航空需求。

叶片锻造技术知识要点1、发动机工作原理发动机工作时，空气连续不断地被吸入压气机，并在其中压缩增压后，进入燃烧室中，经过喷油燃烧成为高温高压燃气，再进入涡轮中膨胀作功以驱动压气机。

经过涡轮的气流仍然具有较高的压力和温度，通过尾喷管以高速排出发动机，产生反作用推力。

图1 发动机工作原理图2、叶片工作原理叶片的主要作用在于与发动机腔体配合形成空气或燃气截面及方向的不断变化，与主轴或涡轮盘等配合实现燃气发生器高温压缩易燃气流，同时能保证燃气的高速流动并转换成所需要的飞机运动动力。

3、扩压器定义紧随透平或压气机叶片之后的通流面积逐渐扩大的，使工质流速降低以提高工质静压的通道结构。

4、压气机叶片的工作原理压气机是利用输入的机械功对空气进行压缩，提高空气的压力，供后面的燃烧室燃烧用。

压气机叶片对气流增压的原理，又有亚音速增压和超音速增压之分。

5、亚音速压气机的结构特点：进口小，出口大，亚音速空气进入后可通过后面的扩张口减速增压，气流方向有斜向变正。

6、超音速压气机结构特点：气流在该通道中基本不转弯，是靠冲击波突越将超音速气流突降为亚音速气流，从而达到提高气体压力的目的，这种靠冲击波减速降压的能力比亚音速要大。

静叶的作用是使气流由斜变正，由斜变正就相当于气流的减速增压。

7、涡轮叶片涡轮的作用是将燃烧室后高温高压燃气的一都分能量转换为转子高速旋转的机械能，以带动压气机及有关附件。

8、涡轮叶片也有动叶和静叶，与压气机不同的是涡轮的静叶在前.动叶在后。

涡轮的静叶又叫导向叶片。

导向叶片和动叶叶栅的通道与压气机叶片相反，是收敛型通道。

如图所示。

9、叶片受到的作用力叶片受到叶片自身的离心力，空气产生的气动力，叶片受热不均匀产生的热应力，叶片震动产生的交变应力，随机载荷。

10、热疲劳现象当容器或构件由于其温度的反复变化而引起其金属材料的疲劳现象称为热疲劳。

11、叶片的分类叶片按照功能分为压气机叶片和涡轮叶片。

按照工作状态可以分为转子叶片和静子叶片，即工作叶片和整流叶片。