航空发动机叶片
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
发动机叶片总数
1078+424=1502
1502×500=751000
按平均价格500元/片，总产值3.755亿2.WS11
压气机叶片总数见表3
表3
风扇叶片数量见表4
表4
涡轮叶片数量见表5
表5
叶片总数
1297+192+507=1996
按300台计
2000×300=600000片
按500元/片计价
共计产值3亿元。
2. 叶片的工作原理
1) 压气机叶片
顾名思义,压气机是用来“压气”地,把进口大气压P H=1的压力压到出口处的所需要的压力.我们下图来分析其压缩的原理：
气体在图2中的流道内由于其容积越来越小而将气体的压力“憋”得越来越高。在图2中由于叶栅通道内的相对运动中截面积扩大，引
起速度下降，ω1＞ω2，气流的动能减少，减少的动能大部分转化为气流的压力能，从而使气流的压力提高P1＞P2。工作轮的任务不仅要提高压力，而且要不断给气流假如轮缘功L u使气流不断的被压缩。压气机叶片中有工作叶片和整流叶片之分，工作叶片是随着转子旋转的，而整流叶片是静止不动，给工作叶片进口或出口紊乱的气流进行整理使气流有序的流动减少流动损失。气流在整流叶片中同样是增压过程。
压气机的级数往往有很多级，这是因为它的级增压比不高，一般在1.2左右，要将气流压力提高到很高，则需很多级来完成。总压比与级压比的关系是πn*=πnIπKIIπKIII……πKn
压气机级数一般都是8级以上。
2）涡轮叶片
通过涡轮的流程通道和基元级叶片叶栅通道的结构型式来分析涡轮叶片的工作原理
从图3和图2可看出其气流进出口的状态正好相反。气流流过图3的流道时由于面积越来越大而压力越来越低。这是由于气流流过叶栅通道F1CA和F2PK膨胀过程中的压力下降很快所需要的容积。其原理为：
由于涡轮叶片进口面积F Z大于出口面积，同样工作叶片也是如此。从燃烧室中流出的燃气速度不高，约100m/s，进入涡轮叶片后由于叶栅通道是收敛的，燃气在出口处（F1CA）膨胀，使气流的温度、压力大弧度下降，使出口速度C1（ω2）大弧度上升可过600m/s，接近音速，从而走到和完成热能、压力能转换为动能，又由动能转换为机械能。涡轮总落压比与落压比的关系如下式：
π*T=πTⅠπTⅡ……πTn
涡轮级数比压气机少，有单级、双级，大发到6级
3.叶片的几何尺寸
（1）.压气机叶片
i—进气攻角（β1K—β1）v—安装角
β1K—进气构造角t—栅距
β1—进气气流角C max—最大厚度
β2K—排气构造角R q—前缘圆半径
β2—排气气流角R n—后缘圆半径
δ—落后角θ—叶片弯角
S—轴向宽度b/t—叶片稠度
b—弦长
在设计中需重点控制的参数如下：
(a).C max应控制在叶尖为C max/b=0.04～0.06；而叶根则为：C max/b=0.1～0.12。
(b).i应控制前几级0～-2°，后几级为1～2°。
(c).R q、R n可按下曲线计算得出：
方法：根据C max及b查出R q/b、R n/b然后计算出R q、R n。（2）涡轮叶片
涡轮叶栅平面参数分压气机叶片相同。
注：压气机工作叶片、整流叶片、涡轮工作叶片、导向叶片的叶片平面叶栅构造参数相同。
4.叶片的连接方式
无论是压气机叶片还是涡轮叶片，是工作叶片还是导向叶片都必须安装在发动机上使其能工作而且还要牢固，所有发动机的叶片安装方法大致有以下几种：
4）压气机工作叶片
压气机工作叶片的下部带有燕尾榫头安装在带有燕尾榫槽的轮盘上，如图示：
另一种用圆柱销联接如图示
5）压气机的整流叶片
整流叶片是静止不动的，因此它将叶片焊在内、外环中如图：
6）
涡轮工作叶片
涡轮工作叶片都带有榫头装在带有榫槽的涡轮盘上，如图示：
7）
涡轮导向叶片
涡轮导向叶片大多用挂钩
涡轮导向叶片大多用挂钩的形式与机匣联接如图12所示：
5.叶片的工作条件
压气机叶片含风扇叶片属于冷端部件的零件，除最后几级由于高压下与气体的摩擦产生熵增而使温度升高到约600K（327°C），其余温度不高，进口处在高空还需防结冰。工作前面几级由于叶片长以离心负荷为主，后面几级由于温度以热负荷为主。总之压气机叶片使用寿命较长。叶片的使用的材料一般为铝合金、钛合金、铁基不锈钢等材料。
涡轮是在燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室排出的高温高压燃气流经流道流过涡轮，所有叶片恰好都是暴露在流道中必须承受约1000°C的高温1Mpa的以上高压燃气的冲刷下能正常工作。因此叶片应有足够的耐高温和高压的强度。涡轮叶片的使用寿命远低于压气机叶片约2500h。叶片的最大应力点如图13示，
其应力分布为C＞A＞B；C、A的应力为拉伸应力，B为压应力，压气机叶片与其相同。这是转子叶片，静子叶片只承受热应力及弯曲应力，没有离心应力。叶片使用的材料一般为高温铸造合金如K403、K424等、和高温合金如GH4133等，温下高强度材料。
三、叶片加工与控制
1.加工
叶片的加工分两大部分：一部分为叶片型面加工，一部分为榫头加工及缘板加工：压气机工作叶片的型面是用高能高速热挤压成型后经抛光而成；整流叶片是由冷轧成型经抛光而成。涡轮叶片的叶型，无论是工作叶片还是导向叶片均为铸件者都是型面没有余量精密铸造件都是大余量经数铣、抛光而成。
压气机叶片和涡轮叶片的榫头及上、下缘板尺寸为机械加工而成。前面讲过在燃气涡轮发动机的所有零件中唯有叶片的故障率是最高的，造成机毁人亡的事故也时有发生。这是因为叶片的数量多，工序多、周期长、要求高，加工难度大，加工过程中的
形状、位置、烧伤、缺陷、碰伤、材质转工等过程控制中，难免会出现失控的时候，给叶片（尤其是工作叶片）造成伤害，使其带病工作所致。因此，对叶片生产的全过程控制十分重要。
2.叶片的质量控制
我们说控制叶片的质量，主要是三个方面：
a.确保叶片设计强度不降低
b.确保发动机性能不降低
c.确保装配性能好
下面分别对造成上面三个方面的因素进行分析：
1）.造成叶片强度下降的因素有如下几点：
a..叶片用材不当
b.叶片疏松超标3级以上
c.叶片剖面晶粒粗大3级以上
d.有垂直于进排气边的柱状晶
e.根部叶型变薄
f.榫齿经处以下到根部有细颈
g.进排气边也有碰缺，严重的垂直进排气边的严重划伤，造成应力集中
h.根部截面叶型厚度，设计过薄不成比例
i.叶片受到严重腐蚀而未能加工掉
j.加工中烧伤
k.叶片重量偏大
l.叶片渗层成形及厚度不合理
2).由于叶片加工不当使发动机性能下降的因素有如下几点：
a.叶型表面粗糙度过低
b.叶片安装角偏离设计值过大
c.叶片进排气边圆半径偏大不圆滑
d.进气攻角偏离设计值过大
e.叶片高度偏小
f.叶片重量偏大
3.）影响装配的主要因素：
a. 使用夹具不当加大了加工误差
b. 尺寸测量方法不正确造成测量误差
c. 加工部位的形状没有保证如直线度、平面度等
d. 加工应力过大造成加工后变形
e. 尺寸加工不到位，符合性差
4）. 强度、性能、装配含义的定义
强度是指叶片在工作中由于上述因素（11个方面的因素）降低了叶片的疲劳强度造成叶片裂纹、变形、折断而导致故障，这就是我们常说叶片的疲劳强度不足。
性能是指发动机工作中出现燃油消耗高，排气温度高，输出功率低和喘振等故障，这就是我们所说发动机性能差，这就是说以我们生产的叶片工作不匹配，原因只有两个不足：设计水平低，就是加工符合性差，也就是我们前面所说叶片平面叶栅几何
参数不合适，主要原因就是上面6个方面因素所致。
装配是指工作叶片安装到轮盘上的联接发生了困难，榫头安装不进榫槽或间隙过大，叶片摆动量过大，或过小，轴向、径向凹凸不平；导向叶片的挂钩插不进机匣的环形钩槽，或者过紧，或过松。周向、轴向、径向、凹凸不平差别很大。这就是我们所说装配性能差。造成原因就是上面所述5个方面的因素所致。3.加工
1）.叶片型面加工
目前国内各发动机厂的叶片型面加工方法大体相同：
压气机工作叶片：高能高速锤热挤压成形，手工抛光而成。见图压气机整流叶片：板材冷轧，手工抛光而成。见图
涡轮导向叶片：大多数为型面无余量精铸而不需抛光，有小部分型面有小余量，需经抛光而成。见图
涡轮工作叶片：工作叶片温度在600°C以上，大多数为型面无余量精铸而成而不需抛光。工作温度低于600°C。叶片的型面一般为大余量锻造，经数控加工，电加工后，抛光而成见图
前面所说过叶片的故障率较高，发生故障的因素也大多是如前所说的请多方面的因素。这些因素中绝大部分都是在加工中造成的，因此在叶片型面加工中注意以下事项：
① 中径以下至叶根的弦长上，厚度上不允许出如图14.16所示缩颈状
② 叶型尤其是下缘板转接处不允许烧伤 ③ 叶型各截面型保持光滑平整不允许高低不平 ④ 沿径向波纹度应线性度好不允许出现波纹状 ⑤ 使用叶形公差均匀不允许增厚或减薄或偏摆 ⑥ 进排气边圆半径均匀、圆滑、不允许增大 ⑦ 保证叶片频率合格误差不大于5% ⑧ 不允许增重 2）冶金铸造
① 不允许出现垂直于进排气边的柱状晶粒 ②. 叶型剖面晶粒度不超过
③. 表面渗层不宜太厚是工作叶片一般控制在0.05以下，不允许碰伤叶片。
④. 其余铸造缺陷应符合标值。
⑤. 型面铸造表面不允许大面积抛光。
3）. 上下缘板榫头，榫齿的加工
除压气机叶片外，所有涡轮叶片大多是使用铸造高温合金铸造而成，这些材料切削性能不好，加上断续切削刀具极易磨损导致损坏叶片。因此加工这些叶片特别时需选用好的刀具材料，好的工艺方法，选择好的切削量和切削速度。才能保证加工部分的形状与位置要求。应特别注意无论是车削、铣削还是磨削千万不能烧伤叶片任何部位。
4）钳工（去毛刺）
加工叶片：最后工序是去毛刺，这道工序也应特别小心，不允许碰坏型面，进排气边，叶片与上、下缘板转接处，榫齿槽底等部位不允许有任何碰伤R，榫齿槽底等部位不允许有任何碰伤，压伤，划痕和铣刀痕。渗后的叶片不允许碰坏，划伤，弄脏渗层表面。
按上述要求精心加工的叶片才能满足叶片：强度，性能和装配要求。
4. 叶片超差处理基本原则
1）榫齿滚棒尺寸出差大于0.01不含0.01报废
2）叶冠厚度尺寸小于0.6不含0.6报废
3）型面减薄超过公差1/3不含1/3报废
4）叶片频率要求为±8%，低了报废，高了修频
5）渗层表面不允许有成块脱落面积1mm22处以上
6）进排气边不允许有缺陷
7）沿叶高不允许有缩颈
8）冶金质量由冶金检验要求控制，凡超差叶片一律报废
航空发动机原理与构造复习题
一、选择题 1．燃气涡轮发动机的核心机包括 C 。 A．压气机、燃烧室和加力燃室B．燃烧室、涡轮和加力燃室 C．压气机、燃烧室和涡轮D．燃烧室、加力燃室和喷管 2．在0～9截面划分法中，压气机出口截面是 B 。 A．1—1截面B．3—3截面C．4—4截面D．6—6截面 3．在0～9截面划分法中，燃烧室出口截面是。 C A．1—1截面B．3—3截面C．4—4截面D．6—6截面 4．发动机正常工作时，燃气涡轮发动机的涡轮是_____B____旋转的。 A．压气机带动B．燃气推动 C．电动机带动D．燃气涡轮起动机带动 5．气流在轴流式压气机基元级工作叶轮内流动，其_____C____。 A．相对速度增加，压力下降B．绝对速度增加，压力增加 C．相对速度降低，压力增加D．绝对速度下降，压力增加 6．气流在轴流式压气机基元级整流环内流动，其____C_____。 A．相对速度增加，压力下降B．绝对速度增加，压力增加 C．相对速度降低，压力增加D．绝对速度下降，压力增加 7．气流流过轴流式压气机，其____C_____。 A．压力下降，温度增加B．压力下降，温度下降 C．压力增加，温度上升D．压力增加，温度下降 8．轴流式压气机基元级工作叶轮叶片通道和整流环叶片通道的形状是____C_____。A．工作叶轮叶片通道是扩散形的，整流环叶片通道是收敛形的 B．工作叶轮叶片通道是收敛形的，整流环叶片通道是扩散形的 C．工作叶轮叶片通道是扩散形的，整流环叶片通道是扩散形的 D．工作叶轮叶片通道是收敛形的，整流环叶片通道是收敛形的 9．轴流式压气机基元级工作叶轮和整流环的安装顺序和转动情况是_____B____。A．工作叶轮在前，不转动；整流环在后，转动 B．工作叶轮在前，转动；整流环在后，不转动 C．整流环在前，不转动；工作叶轮在后，转动 D．整流环在前，转动；工作叶轮在后，不转动 10．轴流式压气机基元级工作叶轮和整流环的安装顺序和转动情况是_____B____。A．工作叶轮在前，不转动；整流环在后，转动 B．工作叶轮在前，转动；整流环在后，不转动 C．整流环在前，不转动；工作叶轮在后，转动 D．整流环在前，转动；工作叶轮在后，不转动 11．多级轴流式压气机由前向后，____A_____。 A．叶片长度逐渐减小，叶片数量逐渐增多 B．叶片长度逐渐减小，叶片数量逐渐减小 C．叶片长度逐渐增大，叶片数量逐渐增多 D．叶片长度逐渐增大，叶片数量逐渐减小 12．涡轮由导向器和工作叶轮等组成，它们的排列顺序和旋转情况是___A_____。A．导向器在前，不转动；工作叶轮在后，转动 B．导向器在前，转动；工作叶轮在后，不转动
航空发动机涡扇叶片及其成形工艺
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
航空发动机期末复习习题
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
(完整版)航空发动机试验测试技术
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。
1.现代航空发动机发展综述.
第一章现代航空发动机发展综述 (2 第一节航空发动机发展的回顾 (2 一、涡轮喷气发动机的出现,使飞机性能大幅度提高 (2 二、涡轮风扇发动机的出现,再次改变了航空业的面貌 (3 三、宽体、大型、远程飞机要求发展高涵道比涡轮风扇发动机 (4 四、九十年代新型旅客机要求发展性能更好的发动机 (5 五、新一代战斗机要求发展推重比为10一级的发动机 (5 六、小结 (6 第二节军用航空发动机发展 (6 一、军用航空发动机发展 (6 二、第三代战斗机及所用发动机 (7 三、第四代战斗机及所用发动机 (7 四、第五代发动机的发展 (8 第三节大涵道比风扇发动机发展 (10 一、前言 (10 二、飞机的发展 (10 三、大涵道比涡扇发动机发展 (12 第四节现代涡轮轴发动机发展 (13 一、早期涡轮轴发动机的发展 (13
二、第三代涡轮轴发动机 (13 三、第四代涡轮轴发动机发展 (14 第一章现代航空发动机发展综述 第一节航空发动机发展的回顾 二次大战中,各种飞机用的发动机均是活塞式发动机。这种发动机工作时只输出功率,不能直接产生推进飞机前进的推力或拉力,因此需采用空气螺旋桨(简称螺旋桨作为推进器,螺旋桨由发动机带转后,在桨叶上产生推进飞机前进的拉力。这种由活塞式发动机与螺旋桨组成的飞机动力装置,在二战中得到了极大的发展,发动机最大的功率达到3500kW左右,发动机的耗油率低的约为0.28kg/(kW.h,发动机的功率重量比(功率/重量达到2马力/公斤,成为战斗机、轰炸机、运输机等的动力,在战争中发挥了重大作用。但是,它却限制了飞机飞行速度的提高, 其主要原因有二:首先,推进飞机前进的推进功率与飞机的飞行速度的三次方成正比,当飞行速度提高后,飞机所需的大功率发动机根本无法实现,例如,一架装有2000马力、重4吨的飞机, 要将它的飞行速度由400km/h提高到800km/h时, 姑不考虑螺旋桨在高速飞行时效率大幅度降低的因素,就需将发动机功率提高8倍即需16000马力, 这么大功率的航空活塞式发动机显然是不可能实现的。即使能实现,其重量将高达8吨,比飞机还重。另外,当飞机飞行速度增大后,空气作用在桨叶叶尖处的相对速度大大提高,超出声速很多,损失大增,使桨叶的效率大幅度降低,为了能得到足够的拉力,要求再增大发动机的功率,使发动机的功率还要再增加很多。由此可以看出,采用活塞式发动机作动力的飞机,飞行速度是受到限制的,不可能接近声速,更不可能达到声速、超过声速,当时最先进的战斗机飞行速度也只有600-700km/h。 一、涡轮喷气发动机的出现,使飞机性能大幅度提高 早在二战中、后期,一些国家已开始研制涡轮喷气发动机,但真正用于飞机上却是在距今半个世纪前、即四十年代末期。涡轮喷气发动机一出现,由于它具有活塞式发动机无法比拟的优点,很快改变了航空界的面貌,飞机性能得到质的飞跃。
航空发动机涡轮叶片
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
大修航空发动机涡轮叶片的检修技术
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
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
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。
7航空发动机叶片
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
航空发动机文献综述
X学院 学院：机电工程学院班级：2008级机制x班姓名：x x 学号：20081060xxxx 指导老师：xxx
文献综述 课题名称：航空发动机制造工艺 前言： 航空发动机是飞行器的核心部件，它是飞行器翱翔蓝天的动力源，其重要性可以用飞行器的“心脏”来形容，它的性能好坏直接关系到飞行器飞行品质的高低，它的发展无不促进着人类航空事业的进步。 1883年汽油内燃机问世之后，为莱特兄弟的“飞行者”号首次飞入蓝天奠定了坚实的基础；喷气式发动研制问世，让人类首次超越了声音的速度，真正做到了再蓝天中自由翱翔，地球因航空旅行时间缩短而促进了经济全球化进程，继而带动了人类社会的发展进步。 人类世界正是因为有了活塞式发动机才实现了蓝天梦，有了空气喷气式发动机才做到了在蓝天之中飞得更高更远。航空发动机改变了人类生活促进了世界进步，追根溯源还是发动机制造工艺的不断发展所致。制造工艺是发动机进步的基石，也是人类前进的助力，它必将在不断进步的同时，更好的改变人类生活，人类生活也必将因装备更好发动机的飞机而愈加美好。 航空发动机制造工艺国际国内现状： 航空发动机的设计和制造是一项复杂的系统性工程，它必须由多团队、多领域、多部门共同参与。该工程涉及到大量的知识与信息，需要在严格的流程管理控制下实现信息之间的交互和协作，以支持并行的、协同的发动机设计和制造。航空发动机产品零组件构型复杂，零部件数量庞大，加工制造精度高，所用工艺方法自然很是繁复，是世界上最主要的一种技术密集型产品。 长期以来，国内的航空发动机的工艺设计与管理水平比较落后，近年来随着计算机在企业的逐渐深入，大部分航空发动机制造企业已摆脱了手工方式的工艺编制，实现了“工艺设计计算机化”。但这种“工艺计算机化”的应用层次依旧较浅，计算机在工艺部门的应用仅仅停留在文字处理，工艺简图绘制等简单应用阶段，工艺编制效率虽有所提高，但并没有脱离传统工艺编制的模式，其缺陷依然存在。 国内的航空发动机制造工艺主要存在以下问题。第一，工艺设计重复工作多，工艺编制效率低。因发动机的工艺设计涉及的内容多，工作量巨大，传统的工艺设计是由工艺师逐件设计的,忽略了同类零件之间的内在联系，同类零件之间在工艺上应用的继承性和一致性，没有得到足够的重视。 第二，工艺设计环境不统一，工艺质量难以保证。不少企业片面追求所谓的“工艺计算机化”，利用基于文字、表格处理软件、二维制图软件等通用软件开发工艺卡片填写系统。这些系统虽有简单、直观的特点和“所见即所得”的界面风格，并取得了一定的应用效果，但由于工艺设计环境五花八门、层次不一，忽视了企业信息化中产品工艺数据间关联关系的重要性，造成工艺数据的准确性、一致性难以保证，工艺设计质量难以保证，工艺信息集成困难等问题。 第三，工艺知识与经验没有得到有效管理与利用，工艺设计智能化程度低。航空发动机的工艺设计与制造是一项技术性、经验性非常强的工作，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞大，并与具体的生产环境及个人经验水平密切相关。现有的工艺设计系统未能提供较好的手段和方式来保留老一辈工艺人员的知识与经验，造成企业知识资源白白浪费、流失。 另外，国内制造工艺还存在各系统问集成性差、工艺信息交流、共享不畅通等问题依旧存在，国内航空发动机制造工艺落后的局面需要改变。 国际航空发动机制造工艺，其现状优于国内的。国际先进航空企业已经大规模使用CAD、
(7)航空发动机叶片-15页文档资料
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，
航空发动机转子叶片装配工艺设计.docx
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
先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势
先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势 一、轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术1 整体叶盘制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与 技术跨越的关键部件，通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构，省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，结构重量减轻、零件数减少，避免了榫头的气流损失，使发动机整体结构大为简化，推重比和可靠性明显提高。在第四代战斗机的动力装置推重比10 发动机F119 和EJ200上，风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，使发动机重量减轻20%~30%，效率提高5%~10%，零件数量减少50% 以上。目前，整体叶盘的制造方法主要有：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。在未来推重比15~20 的高性能发动机上，如欧洲未来推重比15~20 的发动机和美国的IHPTET 计划中的推重比20的发动机，将采用效果更好的SiC 陶瓷基复合材料或抗氧化的C/C 复合材料制造整体涡轮叶盘。2 整体叶环（无盘转子）制造技术如果将整体叶盘中的轮盘部分去掉，就成为整体叶环，零件的重量将进一步降低。在推重比15~20 高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环，由于采用密度较小的复合材料制造，叶片减轻，可以直接固定在承力环上，从而取消了轮盘，使结构质量减轻70%。目前正
在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基复合材料制造的。推重比15~20 高性能发动机，如美国XTX16/1A 变循环发动机的核心机第3、4 级压气机为整体叶环转子结构。该整体叶环转子及其间的隔环采用TiMC 金属基复合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 叶环，用于改进EJ200的3级风扇、高压压气机和涡轮。3 大小叶片转子制造技术大小叶片转子技术是整体叶盘的特例，即在整体叶盘全弦长叶片通道后部中间增加一组分流小叶片，此分流小叶片具有大大提高轴流压气机叶片级增压比和减少气流引起的振动等特点，是使轴流压气机级增压比达到3 或3 以上的有发展潜力的技术。4 发动机机匣制造技术在新一代航空发动机上有很多机匣，如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等，由于各机匣在发动机上的部位不同，其工作温度差别很大，各机匣的选材也不同，分别为树脂基复合材料、铁合金、高温合金。树脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件，如F119 发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣。至今成功应用的树脂基复合材料有PMR-15（热固性聚酰亚胺）及其发展型、Avimid（热固性聚酰亚胺）AFR700 等，最高耐热温度为290℃~371℃，2020 年前的目标是研制出在425℃温度下仍具有热稳定性的新型树脂基复合材料。树脂基复合材料构件的制造技术是集自动铺带技术（ATL）、自动纤维铺放
航空发动机构造
航空发动机构造 课堂测试-1 1.航空发动机的研究和发展工作具有那些特点？ 技术难度大；周期长；费用高 2.简述航空燃气涡轮发动机的作用。 是现代飞机与直升机的主要动力（少数轻型、小型飞机和直升机采用航空活塞式发动机），为飞机提供推进力，为直升机提供转动旋翼的功率。 3.航空燃气涡轮发动机包括哪几类？民航发动机主要采用哪种？ 涡喷、涡桨、涡扇、涡轴、桨扇、齿扇等；涡扇。 4.高涵道比民用涡扇发动机的涵道比范围是多少？ 5-12 课堂测试-2 1．发动机吊舱包括（进气道）、（整流罩）和（尾喷管）等。 2．对于民用飞机来说，动力装置的安装位置应该考虑到以下几点： 不影响进气道的效率；排气远离机身；容易接近，便于维护 3．在现代民用飞机上，发动机在飞机上的安装布局常见的有（翼下安装）、（翼下吊装和垂直尾翼安装）和（机身尾部安装）。 4．发动机安装节分两种：（主安装节）与（辅助安装节）。前者传递轴向力、径向力、扭矩，后者传递径向力、扭矩。一般主安装节装于（温度较低，靠近转子止推轴承处的压气机或风扇机匣上）上，辅助安装节装于（涡轮或喷管的外壳上）上。 5．涡轮喷气发动机的进气道可分为（亚音速）进气道和（超音速）进气道两大类。我国民航主要使用亚音速飞机，其发动机的进气道大多采用（亚音速）进气道。 6．通常在涡轮喷气和涡轮风扇发动机上采用（热空气）防冰的方式，在涡轮螺旋桨发动机上采用（电加热）防冰，或是两种结合的方式。 7．对于涡轮螺旋桨发动机来说，需要防冰的部位有（进气道）、（桨叶）和（进气锥）。 8．为了对吊舱进行通风冷却，一般把吊舱分成不同区域，各区之间靠（防火墙）隔开，以阻挡火焰的传播。9．发动机防火系统包括（火情探测）、（火情警告）和（灭火）三部分。 课堂测试-3 1.现代涡轮喷气发动机由（进气道）、（压气机）、（燃烧室）、（涡轮）、（尾喷管）五大部件和附件传动装置 与附属系统所组成。 2.发动机工作时，在所有的零部件上都作用着各种负荷。根据这些负荷的性质可以分为（气动）、（质量） 和（温度）三种。 3.航空燃气涡轮发动机主轴承均采用（滚动）轴承，其中（滚棒轴承）仅承受径向载荷，（滚珠轴承）可承 受径向载荷与轴向载荷。 4.转子上的止推支点除承受转子的（轴向）负荷、（径向）负荷外，还决定了转子相对于机匣的（轴向）位 置。因此每个转子有（一）个止推支点，一般置于温度较（低）的地方。 5.压气机转子轴和涡轮转子轴由（联轴器）连接形成发动机转子，分为（柔性联轴器）和（刚性联轴器）。 其中（柔性联轴器）允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角。 6.结合图3.9，简述发动机的减荷措施有哪些？这些措施是否会减少发动机推力？ 减荷措施：
航空发动机叶片增材制造
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。