發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的案例
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂機(jī)理
2018年4月17日，西南航空1380號(hào)航班（SouthwestAirlines Flight 1380）的一架波音737型客機(jī)在巡航狀態(tài)時(shí)，突然發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸事故，事故導(dǎo)致1人遇難，148人生還。初步的調(diào)查結(jié)果：這次事故是由于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生了非包容性故障。
2013年7月22日，美國(guó)西南航空公司一架客機(jī)在著陸時(shí)機(jī)頭觸地，機(jī)上150多人有16人輕傷。
航空事故歷史中，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損壞而引發(fā)的飛機(jī)事故還真不少見。2014年，我國(guó)南航CZ3739航班飛機(jī)引擎空中著火，事后調(diào)查顯示發(fā)生故障的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處，壓氣機(jī)風(fēng)扇的葉片有斷裂。據(jù)推測(cè)，有可能是葉片斷掉后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，損傷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流場(chǎng)，導(dǎo)致后者發(fā)生“畸變”，進(jìn)而形成“喘振”。所幸的是這次事故沒有造成人員傷亡。
2016年8月27日，一架西南航空的波音737-700型客機(jī)在執(zhí)飛新奧爾良飛奧蘭多的航班時(shí)，同樣發(fā)生CFM56-7B型發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片非包容性故障，所幸此次事故中客機(jī)安全降落，并無更為嚴(yán)重事故發(fā)生。
2018年4月，波音737空中引擎爆炸其實(shí)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)空軍現(xiàn)役飛行的發(fā)動(dòng)機(jī)事故中，80%都跟發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂失效有關(guān)。而這么嬌貴的部分一旦發(fā)生斷裂失效，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)飛機(jī)的損害往往是致命性的。可見，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂不容小覷，那么今天小編就帶領(lǐng)大家全方位認(rèn)識(shí)一下發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的斷裂，看看它為啥有這么驚人的破壞力。從理論上看，渦輪葉片斷裂的故障機(jī)理有疲勞、超應(yīng)力、蠕變、腐蝕、磨損等。
疲勞。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于經(jīng)常起動(dòng)、加速、減速、停車以及其他條件的影響，會(huì)使渦輪各部件承受復(fù)雜的循環(huán)載荷作用，使得葉片經(jīng)受大量彈性應(yīng)力循環(huán)，最終引起高周疲勞、低周疲勞或熱疲勞，使得渦輪葉片斷裂。
展開 發(fā)動(dòng)機(jī)葉片鳥撞仿真研究（轉(zhuǎn)載）
根據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和風(fēng)擋是受鳥撞擊概率最大的兩個(gè)部位。由于鳥體的沖擊力可能會(huì)打碎發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，而鳥在被攪碎之后，遺骸也可能堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)的管道，在撞鳥后，發(fā)動(dòng)機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)喘振起火，甚至自行停車，因此鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的危害極大。
鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究主要有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真方法兩種。早期主要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，但這類試驗(yàn)成本很高。20世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值仿真在鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中得到了廣泛應(yīng)用。鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)問題屬于高度非線性沖擊動(dòng)力學(xué)問題，撞擊過程中葉片會(huì)產(chǎn)生大變形，而鳥體會(huì)呈現(xiàn)碎裂、流變現(xiàn)象。因此對(duì)鳥體建立準(zhǔn)確地?cái)?shù)值模型是鳥撞數(shù)值分析中的難點(diǎn)。
根據(jù)鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)，本文混合使用SPH方法和有限元方法，鳥體采用SPH方法建模，用流動(dòng)的粒子描述鳥體的大變形、破碎及飛散。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片區(qū)域使用有限元Lagrange方法，用Johnson-Cook材料本構(gòu)模型模擬高速碰撞下的塑性變形。
二、工況及建模
飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇由葉片和輪轂組成。葉片呈發(fā)散狀，共有20片，材料為鈦合金，其楊氏模量為115GPa，密度為4440kg/m3，泊松比為0.3，塑性本構(gòu)采用Johnson-Cook模型。本例的材料參數(shù)由南京智能制造研究院的CoCreation材料數(shù)據(jù)庫(kù)提供，感興趣的可以添加微信公眾號(hào)“天天材訊”進(jìn)行了解。
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根據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和風(fēng)擋是受鳥撞擊概率最大的兩個(gè)部位。由于鳥體的沖擊力可能會(huì)打碎發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，而鳥在被攪碎之后，遺骸也可能堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)的管道，在撞鳥后，發(fā)動(dòng)機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)喘振起火，甚至自行停車，因此鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的危害極大。
鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究主要有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真方法兩種。早期主要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，但這類試驗(yàn)成本很高。20世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值仿真在鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中得到了廣泛應(yīng)用。鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)問題屬于高度非線性沖擊動(dòng)力學(xué)問題，撞擊過程中葉片會(huì)產(chǎn)生大變形，而鳥體會(huì)呈現(xiàn)碎裂、流變現(xiàn)象。因此對(duì)鳥體建立準(zhǔn)確地?cái)?shù)值模型是鳥撞數(shù)值分析中的難點(diǎn)。
根據(jù)鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)，本文混合使用SPH方法和有限元方法，鳥體采用SPH方法建模，用流動(dòng)的粒子描述鳥體的大變形、破碎及飛散。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片區(qū)域使用有限元Lagrange方法，用Johnson-Cook材料本構(gòu)模型模擬高速碰撞下的塑性變形。
二、工況及建模
飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇由葉片和輪轂組成。葉片呈發(fā)散狀，共有20片，材料為鈦合金，其楊氏模量為115GPa，密度為4440kg/m3，泊松比為0.3，塑性本構(gòu)采用Johnson-Cook模型。本例的材料參數(shù)由南京智能制造研究院的CoCreation材料數(shù)據(jù)庫(kù)提供，感興趣的可以添加微信公眾號(hào)“天天材訊”進(jìn)行了解。
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根據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和風(fēng)擋是受鳥撞擊概率最大的兩個(gè)部位。由于鳥體的沖擊力可能會(huì)打碎發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，而鳥在被攪碎之后，遺骸也可能堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)的管道，在撞鳥后，發(fā)動(dòng)機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)喘振起火，甚至自行停車，因此鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的危害極大。
鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究主要有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真方法兩種。早期主要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，但這類試驗(yàn)成本很高。20世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值仿真在鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中得到了廣泛應(yīng)用。鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)問題屬于高度非線性沖擊動(dòng)力學(xué)問題，撞擊過程中葉片會(huì)產(chǎn)生大變形，而鳥體會(huì)呈現(xiàn)碎裂、流變現(xiàn)象。因此對(duì)鳥體建立準(zhǔn)確地?cái)?shù)值模型是鳥撞數(shù)值分析中的難點(diǎn)。
根據(jù)鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)，本文混合使用SPH方法和有限元方法，鳥體采用SPH方法建模，用流動(dòng)的粒子描述鳥體的大變形、破碎及飛散。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片區(qū)域使用有限元Lagrange方法，用Johnson-Cook材料本構(gòu)模型模擬高速碰撞下的塑性變形。
二、工況及建模
飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇由葉片和輪轂組成。葉片呈發(fā)散狀，共有20片，材料為鈦合金，其楊氏模量為115GPa，密度為4440kg/m3，泊松比為0.3，塑性本構(gòu)采用Johnson-Cook模型。本例的材料參數(shù)由南京智能制造研究院的CoCreation材料數(shù)據(jù)庫(kù)提供，感興趣的可以添加微信公眾號(hào)“天天材訊”進(jìn)行了解。
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發(fā)動(dòng)機(jī)葉片鳥撞仿真分析（LS-DYNA, SPH, Johnson-Cook）
根據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和風(fēng)擋是受鳥撞擊概率最大的兩個(gè)部位。由于鳥體的沖擊力可能會(huì)打碎發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，而鳥在被攪碎之后，遺骸也可能堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)的管道，在撞鳥后，發(fā)動(dòng)機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)喘振起火，甚至自行停車，因此鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的危害極大。
鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究主要有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真方法兩種。早期主要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，但這類試驗(yàn)成本很高。20世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值仿真在鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中得到了廣泛應(yīng)用。鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)問題屬于高度非線性沖擊動(dòng)力學(xué)問題，撞擊過程中葉片會(huì)產(chǎn)生大變形，而鳥體會(huì)呈現(xiàn)碎裂、流變現(xiàn)象。因此對(duì)鳥體建立準(zhǔn)確地?cái)?shù)值模型是鳥撞數(shù)值分析中的難點(diǎn)。
根據(jù)鳥撞發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)，本文混合使用SPH方法和有限元方法，鳥體采用SPH方法建模，用流動(dòng)的粒子描述鳥體的大變形、破碎及飛散。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片區(qū)域使用有限元Lagrange方法，用Johnson-Cook材料本構(gòu)模型模擬高速碰撞下的塑性變形。
二、工況及建模
飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇由葉片和輪轂組成。葉片呈發(fā)散狀，共有20片，材料為鈦合金，其楊氏模量為115GPa，密度為4440kg/m3，泊松比為0.3，塑性本構(gòu)采用Johnson-Cook模型。本例的材料參數(shù)由南京智能制造研究院的CoCreation材料數(shù)據(jù)庫(kù)提供，感興趣的可以添加微信公眾號(hào)“天天材訊”進(jìn)行了解。
展開 基于LS-DYNA顯式求解器模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的鳥類撞擊
發(fā)動(dòng)機(jī)外殼材料模型
與發(fā)動(dòng)機(jī)外殼相似，我們將材料（MAT_024），殼體和零件分配給Blades.k文件,發(fā)動(dòng)機(jī)葉片E = 68.94 Gpa和FAIL = 0.2723，這意味著當(dāng)材料達(dá)到塑性應(yīng)變值的27.23%時(shí)，材料將失效，指定殼體部分的厚度為3mm。
發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料模型
下是我們通過LSID（13000）輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料卡的材料數(shù)據(jù)，單位系統(tǒng)是Kg- mm-ms。
發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的材料數(shù)據(jù)
同樣，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)輪轂，我們將材料（MAT_024），截面（實(shí)體）和零件分配給Hub.k文件。Hub分配的E值為145Gpa，并且具有較高的FAIL值。
發(fā)動(dòng)機(jī)輪轂材料模型
對(duì)于鳥類模型，我們首先使用MAT_Elastic（001）和殼體截面厚度6毫米，楊模量為2Gpa，泊松比值為0.15和低密度值。鳥類模型的彈性模量較小，表明軟肌肉結(jié)構(gòu)。鳥體在結(jié)構(gòu)分析中是一種軟體撞擊，鳥類可以被認(rèn)為是一種流體材料，因此如果我們用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）來表示鳥體會(huì)更好，我們將在討論部分進(jìn)行對(duì)比。
鳥體材料模型
邊界條件
發(fā)動(dòng)機(jī)外殼使用單點(diǎn)約束（SPC）約束節(jié)點(diǎn)的所有DOF。
發(fā)動(dòng)機(jī)殼體約束模型
我們分配發(fā)動(dòng)機(jī)葉片OMEGA（w） = 0.5 rad / ms 的初始速度。假設(shè)葉片的速度接近5000rpm，那么OMEGA（w） = 523 rad/s = 0.523 rad/ms ≈ 0.5 rad/ms。
發(fā)動(dòng)機(jī)葉片約束模型
在 X 方向上指定鳥體初始速度生成為20毫米/毫秒（72公里/小時(shí)）。
鳥體初始速度
在輪轂和葉片之間綁定節(jié)點(diǎn)與表面接觸，因?yàn)檩嗇炇且粋€(gè)集成體，應(yīng)以相同的角速度與葉片一起旋轉(zhuǎn)。
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的高科技秘密
作者：Horson 來源：航空微讀
我們都知道，發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)中推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，它的造價(jià)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于飛機(jī)中的其他部件。
下面是幾種不同型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)：
圖1 勞斯萊斯梅林V-12引擎
圖2 一個(gè)ULPower UL260i水平對(duì)置氣冷式航空發(fā)動(dòng)機(jī)
圖3 GEnx商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造
一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片
首先，我們看幾張發(fā)動(dòng)機(jī)葉片基本形狀和構(gòu)造。
圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖
發(fā)動(dòng)機(jī)中葉片主要分為四個(gè)部分：
扇葉（fan blades）
壓氣機(jī)葉片（compressor blades）
高壓渦輪葉片（high pressure turbine blades）
低壓渦輪葉片（lowpressure turbine blades）
圖5 GEnx-2B的風(fēng)扇葉片和進(jìn)口導(dǎo)流葉
圖6噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片
圖7 風(fēng)扇葉片
你知道葉片在發(fā)動(dòng)機(jī)中起多大作用嗎？
發(fā)動(dòng)機(jī)中完成對(duì)氣體的壓縮和膨脹，并且以最高的效率產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)力來推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)的工作的就是這眾多的葉片。
展開 曲面測(cè)量工具|白光干涉儀五軸全自動(dòng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)葉片
葉片作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，制造工藝復(fù)雜，科技含量高，在研發(fā)過程中遇到的難題很多。可以說發(fā)動(dòng)機(jī)的性能很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。其中航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是典型的自由曲面零件，它的曲線形狀、制造精度和質(zhì)量直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率大小和安全。
一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上有很多葉片，每一個(gè)圓盤上大概有30多個(gè)葉片，如果葉片的形狀和尺寸不能夠保證，那么在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是非常危險(xiǎn)的。所以對(duì)于葉片的型面和幾何尺寸檢測(cè)也是非常重要的，但是就葉片的形狀來說常規(guī)測(cè)量方法很難進(jìn)行測(cè)量。
白光干涉儀作為一款超高精度的光學(xué)3D輪廓儀，一直在超精密加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在大部分的應(yīng)用場(chǎng)景中，都是采用標(biāo)準(zhǔn)的白光干涉儀機(jī)型測(cè)量平面類型零件的表面粗糙度，而在一些特殊行業(yè)及領(lǐng)域，針對(duì)一些有著曲面特征的零部件，如何解決其形狀不規(guī)則裝夾不便、測(cè)量點(diǎn)分布不在同一個(gè)面、單次測(cè)量效率低的問題，成為了一個(gè)難題。
針對(duì)葉片類曲面零部件，白光干涉儀能夠在空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)曲面全自動(dòng)測(cè)量功能，能夠解決上述多個(gè)測(cè)量難題。
白光干涉儀特點(diǎn)：
1）可在測(cè)量軟件中直接加載生成零部件的3D模型；
2）根據(jù)3D模型可在零部件不同曲面上選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)位并生成模板；
3）軟件能夠快速完成上述多個(gè)點(diǎn)位的自動(dòng)測(cè)量并直接獲取分析數(shù)據(jù)；
中圖儀器白光干涉儀測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)葉片大空間自由曲面
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量新技術(shù)
導(dǎo)讀：葉片作為發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)重要部件之一，其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中所占比重約為30%。由于葉片形狀復(fù)雜、尺寸跨度大、受力惡劣、承載最大，且在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)， 使得發(fā)動(dòng)機(jī)的性能在很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)制造水平。
為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高性能、可靠性及壽命的要求， 葉片通常選用合金化程度很高的鈦合金、高溫合金等材料制成；同時(shí)由于葉片空氣動(dòng)力學(xué)特性的要求，葉型必須具有精確的尺寸、準(zhǔn)確的形狀和嚴(yán)格的表面完整性。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求越來越高，各大主機(jī)生產(chǎn)廠對(duì)葉片加工精度要求也越來越高。
目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片制造方法主要有電解加工、銑削加工、精密鍛造、精密鑄造等。其中，數(shù)控銑削加工由于加工精度高、切削穩(wěn)定、工藝成熟度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而由于葉片零件壁薄、葉身扭曲大、型面復(fù)雜，容易產(chǎn)生變形，嚴(yán)重影響了葉片的加工精度和表面質(zhì)量。如何嚴(yán)格控制葉片的加工誤差，保證良好的型面精度，成為檢測(cè)工作關(guān)注的重點(diǎn)。葉片型面是基于葉型按照一定積累疊加規(guī)律形成的空間曲面，由于葉片形狀復(fù)雜特殊、尺寸眾多、公差要求嚴(yán)格，所以葉片型線的參數(shù)沒有固定的規(guī)律， 葉片型面的復(fù)雜性和多樣性使葉片的測(cè)量變得較為困難。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法無法科學(xué)地指導(dǎo)葉片的生產(chǎn)加工，隨著燃?xì)廨啓C(jī)等制造業(yè)的發(fā)展，要求發(fā)動(dòng)機(jī)不斷更新?lián)Q代，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性；先進(jìn)技術(shù)的體現(xiàn)在于葉片的改進(jìn)與創(chuàng)新，從而必須提高葉片制造技術(shù)水平，同時(shí)要求葉片加工測(cè)量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，體現(xiàn)其精準(zhǔn)度，精確給出葉片各點(diǎn)實(shí)際數(shù)值與葉片理論設(shè)計(jì)的誤差。且隨著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片數(shù)量大、種類多，檢測(cè)技術(shù)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片測(cè)量新技術(shù)
來源：中國(guó)航空新聞網(wǎng)作者：
葉片作為發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)重要部件之一，其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中所占比重約為30%。由于葉片形狀復(fù)雜、尺寸跨度大（長(zhǎng)度從20mm~800mm）、受力惡劣、承載最大，且在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的性能在很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)制造水平。為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高性能、可靠性及壽命的要求，葉片通常選用合金化程度很高的鈦合金、高溫合金等材料制成；同時(shí)由于葉片空氣動(dòng)力學(xué)特性的要求，葉型必須具有精確的尺寸、準(zhǔn)確的形狀和嚴(yán)格的表面完整性。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求越來越高，各大主機(jī)生產(chǎn)廠對(duì)葉片加工精度要求也越來越高。目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片制造方法主要有電解加工、銑削加工、精密鍛造、精密鑄造等。其中，數(shù)控銑削加工由于加工精度高、切削穩(wěn)定、工藝成熟度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而由于葉片零件壁薄、葉身扭曲大、型面復(fù)雜，容易產(chǎn)生變形，嚴(yán)重影響了葉片的加工精度和表面質(zhì)量。如何嚴(yán)格控制葉片的加工誤差，保證良好的型面精度，成為檢測(cè)工作關(guān)注的重點(diǎn)。葉片型面是基于葉型按照一定積累疊加規(guī)律形成的空間曲面，由于葉片形狀復(fù)雜特殊、尺寸眾多、公差要求嚴(yán)格，所以葉片型線的參數(shù)沒有固定的規(guī)律，葉片型面的復(fù)雜性和多樣性使葉片的測(cè)量變得較為困難。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法無法科學(xué)地指導(dǎo)葉片的生產(chǎn)加工，隨著汽輪機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)等制造業(yè)的發(fā)展，要求發(fā)動(dòng)機(jī)不斷更新?lián)Q代，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性；先進(jìn)技術(shù)的體現(xiàn)在于葉片的改進(jìn)與創(chuàng)新，從而必須提高葉片制造技術(shù)水平，同時(shí)要求葉片加工測(cè)量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，體現(xiàn)其精準(zhǔn)度，精確給出葉片各點(diǎn)實(shí)際數(shù)值與葉片理論設(shè)計(jì)的誤差。且隨著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片數(shù)量大、種類多，檢測(cè)技術(shù)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
目前，在國(guó)內(nèi)的葉片檢測(cè)過程中，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)樣板測(cè)量手段仍占主導(dǎo)地位，效率低下、發(fā)展緩慢，嚴(yán)重制約著設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)的一體化進(jìn)程。
展開 這么美的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，你見過嗎
葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中數(shù)量最大的零件類別，常常需要在極惡劣的環(huán)境下工作，因此葉片的加工精度和質(zhì)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的表現(xiàn)是密不可分的，小編就來帶大家一睹“小身材 大力量”的魅力。
話不多說，先上一波美照感受一下~
航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的國(guó)產(chǎn)高溫合金單晶葉片
單晶葉片技術(shù)的掌握意味著我國(guó)將大大提高大推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)能力，并將大大提高原有發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。根據(jù)研究，葉片的溫度承受極限每提升25℃就可以使其在原有溫度下提升至原來壽命的3倍。
鈦合金葉片
羅爾斯-羅伊斯trent900鈦合金葉片
航空發(fā)動(dòng)機(jī)上常用的轉(zhuǎn)子葉片以鈦合金（壓氣葉片）和高溫合金（渦輪葉片），較為普遍的壓氣葉片多以Ti-6Al-4V中等強(qiáng)度高損傷容限型鈦合金為主，在鈦合金譜系中，Ti-6Al-4V由于在耐熱、強(qiáng)韌、耐腐蝕、抗疲勞及可加工性方面具有較好的綜合性能，應(yīng)用的最為廣泛，約占到了全部鈦合金應(yīng)用的75%以上。
鎳基高溫合金葉片
鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵熱端部件材料(如渦輪葉片、導(dǎo)向器葉片、渦輪 盤、燃燒室等)，也是核反應(yīng)堆、化工設(shè)備、煤轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面需要的重要高溫結(jié)構(gòu)材料。
碳纖維復(fù)合材料葉片
這種復(fù)合結(jié)構(gòu)要比目前普遍使用的鋁、鋼和鈦的合金材料輕一半，強(qiáng)度和耐熱性幾乎相同。
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噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片剝離模擬
[abaqus行業(yè)應(yīng)用及案例] 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片剝離模擬
葉片剝離是一種嚴(yán)重事故，同時(shí)從力學(xué)上講是高度動(dòng)態(tài)和高度非線性問題：發(fā)動(dòng)機(jī)外殼必須防止脫離的葉片擊穿以及還要能在葉片剝離導(dǎo)致的不平衡力作用下繼續(xù)工作。
發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證可以采用Abaqus/Explicit來進(jìn)行模擬。
應(yīng)用 Abaqus/Standard分析勻轉(zhuǎn)速時(shí)風(fēng)扇的狀態(tài)，將上述分析結(jié)果為基礎(chǔ)在Abaqus/Explicit 中進(jìn)行后續(xù)的動(dòng)態(tài)分析。
有限元模型
不同外殼厚度情況下，結(jié)構(gòu)的破壞情況對(duì)比：
5mm厚度的破壞情況
4mm厚度的破壞情況
3mm厚度的破壞情況
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見的分類原則可以分為按空氣是否參與發(fā)動(dòng)機(jī)工作和發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力的原理兩種。按發(fā)動(dòng)機(jī)是否須空氣參加工作航空發(fā)動(dòng)機(jī)又可分為吸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和非吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。按產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力的原理不同飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)又可分為間接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)和直接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)兩類
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).doc
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片裂紋擴(kuò)展規(guī)律數(shù)值模擬研究
摘要:
基于有限元分析軟件ABAQUS 聯(lián)合裂紋分析軟件Franc3D,開展了葉片裂紋擴(kuò)展影響研究。建立壓氣機(jī)葉片有限元模型和裂紋擴(kuò)展模型,發(fā)現(xiàn)葉片在振動(dòng)載荷下的應(yīng)力分布規(guī)律和不同裂紋位置、不同前緣形狀、不同初始角度的葉片裂紋擴(kuò)展規(guī)律。葉片背部裂紋擴(kuò)展速率快于葉片前緣和后緣;初始裂紋前緣形狀對(duì)葉片表面裂紋方向的擴(kuò)展基本無影響,但對(duì)裂紋深度方向擴(kuò)展存在明顯影響;葉片初始裂紋方向與緣板面夾角越小,則裂紋擴(kuò)展速率越快,且其他方向裂紋隨著擴(kuò)展會(huì)逐漸向緣板面方向偏轉(zhuǎn)。
關(guān)鍵詞:
航空發(fā)動(dòng)機(jī);葉片;振動(dòng)激勵(lì);裂紋擴(kuò)展;數(shù)值模擬
——本文摘自：《兵器裝備工程學(xué)報(bào)》
1 引言
壓氣機(jī)葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件,其可靠性直接影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全。壓氣機(jī)通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片壓縮空氣,為燃燒室提供足量的氧氣供給,為發(fā)動(dòng)機(jī)賦予了更大功率的輸出,但壓氣機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)道入口附近,其葉片易收到外物損傷[1 -2] 、腐蝕和復(fù)雜工況的風(fēng)險(xiǎn),疲勞裂紋是其主要失效形式[3 -4] 。
模擬仿真是研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片疲勞性能的重要手段。
Poursaeid 等[5] 通過有限元分析軟件ANSYS 對(duì)葉片輪盤系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析,得出葉片第一和第二固有頻率模式下的共振是導(dǎo)致葉片疲勞斷裂的主要原因。Duó 等[6] 采用有限元方法模擬了外物損傷整個(gè)過程,并將計(jì)算得到的殘余應(yīng)力場(chǎng)分布與兩種實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。Salehnasab 等[7] 基于ABAQUS 和ZENCRACK 斷裂力學(xué)程序預(yù)測(cè)葉片疲勞裂紋擴(kuò)展。Liu 等[8] 對(duì)離心壓縮機(jī)葉輪葉片進(jìn)行了氣動(dòng)載荷和離心載荷耦合的有限元分析,得到了葉片疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。卜嘉利等[9] 基于ABAQUS 有限元分析軟件研究了某型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片在室溫下的疲勞性能。
展開 航空發(fā)動(dòng)機(jī)寬弦空心風(fēng)扇葉片制造研究綜述
如表 1 簡(jiǎn)要概述了世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng) 扇葉片的發(fā)展歷程，從 1970 年先后投入使用的 JT9D 與 TF39 發(fā)動(dòng)機(jī)，到 2022 年將要投入使用的 GE9X，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的葉型構(gòu)造、材料和成形技術(shù)等歷經(jīng)了 50 多年的改進(jìn)，羅羅、通用和普惠是目前國(guó)際上最主要的三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)，在風(fēng)扇葉片方面的研究取得了重大進(jìn)展，另外國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)也在該領(lǐng)域開展了相關(guān)工作，并取得了一定的成果。
表 1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片發(fā)展歷程
1.1 鈦合金窄弦實(shí)心風(fēng)扇葉片
如圖 1 所示為鈦合金窄弦實(shí)心風(fēng)扇葉片，凸肩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在一定程度上增加葉片剛性和自振頻率，通過鍛造成形后機(jī)加工獲取葉片成品， 20 世紀(jì) 60 年代之前，此類風(fēng)扇葉片得到普遍應(yīng)用。但是凸肩帶來的問題有流量限制和氣流擾動(dòng)等，不利于節(jié)約發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率，不適應(yīng)風(fēng)扇葉片的進(jìn)一步發(fā)展，因此無凸肩的寬弦風(fēng)扇葉片應(yīng)運(yùn)而生。
圖 1 窄弦實(shí)心風(fēng)扇葉片
1.2 鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片
寬弦空心風(fēng)扇葉片最早由英國(guó)和美國(guó)等國(guó)家的航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司提出，如圖 2 所示，弦長(zhǎng)的增加避免了窄弦葉片凸肩帶來的效率損失，同時(shí)提高了耐疲勞性能及抗外物損傷能力。如圖 3 所示為鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片從概念的提出到演化過程示意圖。對(duì)開式結(jié)構(gòu)和蜂窩夾芯式結(jié)構(gòu) 的概念先后由美國(guó)通用電氣和英國(guó)羅羅公司在 20 世紀(jì) 70 年代提出。對(duì)開式結(jié)構(gòu)由兩片鈦面板和加強(qiáng)筋組成，在流體壓力和模具溫度的共同作用下實(shí)現(xiàn)葉片構(gòu)件之間的擴(kuò)散連接。
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