航空发动机涡轮叶片损伤分析.pdf

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1、第３期（总第２０２期）机械工程与自动化No．３２０１７年６月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０３‐０２０３‐０３航空发动机涡轮叶片损伤分析１，２１１杨晓军，王瑛琦，刘智刚（１．中国民航大学航空工程学院，天津３００３００；２．中国民航大学中欧航空工程师学院，天津３００３００）摘要：航空发动机涡轮叶片长期工作在高温、高压的恶劣环境中，容易出现热障涂层脱落、烧蚀、裂纹、腐蚀等损伤。分析了高压涡轮叶片损伤产生的原因，介绍了实际中常见的几种损伤类型，并对其检测技术进行了阐述。关键词：涡轮叶片；损伤；检测

2、中图分类号：V２３５畅１文献标识码：A0引言沉积物的积累会改变发动机零部件的表面形状，涡轮叶片是航空发动机的核心部件之一，长期工影响零部件气动外形，减小流通面积，降低零部件效作在高温、高压等恶劣环境中，对材料以及耐高温技术率。气膜孔边缘生成的沉积物会减小气膜孔面积，甚有着极高的要求。叶片在实际使用过程中受到高温气至堵塞关键气膜孔，降低冷却气流量，削弱零件热防护［３］流的腐蚀、外物沉积及高压载荷，也会产生烧蚀、裂纹能力。来自航空燃料中的金属有机化合物对发动机等损伤。涡轮叶片的损伤严重影响着飞行安全以及运涡轮叶片等具有危害作用。飞机在飞行过程中发动机营成本。对涡轮叶片进行损伤

3、分析已受到越来越多相会摄入空气中的一些灰尘颗粒，特别是在沙漠环境中。［１］关单位的重视，并逐渐得到广泛的应用。灰尘进入燃烧室后融化而附着在发动机叶片上，形成本文依据国内某航空公司提供的CFM５６‐７B发一层玻璃相物质，这些玻璃态沉积物的主要成分是动机高压涡轮叶片孔探得到的损伤资料，介绍了孔探CaO，MgO，Al２O３和SiO２，通常简称为CMAS。航空工卡中对下发返厂修理的判定依据，分析涡轮叶片常发动机工作时，沉积在热障涂层表面的CMAS在高温见的损伤类型及其原因，对国内民航维修单位维修方下发生融化，并渗入到涂层内部，引起涂层材料相变，［４］案的制定具有一定的参考价值。加

4、速涂层的烧结，导致涂层失效。可以看出，沉积物1高压涡轮叶片损伤原因对发动机、飞机安全运行以及在翼运行时间有很大影造成高压涡轮叶片损伤的原因有很多，例如高温响；而是否下发返厂维修同时影响着航空公司对发动燃气长时间冲击叶片导致的热机械疲劳；高压气动力机机队的管理，直接涉及到运行成本的控制。载荷导致的振动疲劳；燃气的硫、氧化腐蚀；在恶劣飞2高压涡轮叶片损伤类型行环境中吸入砂石、灰尘后沉积导致的裂纹、腐蚀及涂２．１热障涂层脱落层脱落等。其中，外物沉积带来的影响不容忽视。热障涂层（ThermalBarrierCoatings，简称TBC）航空发动机的热防护技术主要有气膜冷却和热障是

5、指由金属粘结层和陶瓷表面涂层组成的涂层系统，涂层两类。这两种热防护技术都会受到表面沉积物积可以提高基体合金抗高温氧化腐蚀能力、降低合金表［５］累带来的负面影响，严重时甚至会导致涡轮叶片的失面工作温度。研究发现：热障涂层失效的原因主要效。例如：涡轮运行环境中经常出现悬浮的固体颗粒，有残余应力、高温氧化、烧结及相变、外来物撞击、冲蚀而发动机中的多种机械机构将会吸入颗粒；燃油在燃及沉积物的影响等。由于高温氧化，在陶瓷层和粘结烧后能够产生固态和熔融态的颗粒；同时发动机也会层间形成TGO（ThermalGrownOxide，热生长氧化在几千英尺的高空遇到沙尘暴的迁移，导致大量砂石层

6、）及其堆积，这将在界面间产生残余应力。残余应力吸入发动机；当反推在低飞行速度时开启，同时飞机在将引起涂层中微裂纹的扩展，进而导致涂层层离及剥带有高功率设置的着陆及地面滑行时，发动机进口面落。外来物冲击及冲蚀也会产生微裂纹并扩展，最终［２］［６］对地面旋涡将会吹动沙尘吸入发动机。导致陶瓷层的剥落。在维修检测中经常发现故障叶天津市自然科学基金资助项目（１４JCQNJC０６８００）；中央高校基本科研业务基金项目（ZXH２０１２H００４）收稿日期：２０１６‐１０‐１４；修订日期：２０１７‐０３‐０２作者简介：杨晓军（１９８０‐），男，辽宁朝阳人，副教授，博士，主要研究方向：发动机

7、内部复杂流动与换热。·２０４·机械工程与自动化２０１７年第３期片的涂层外有明显的外物冲击和沉积。在高温热化学隔热、保护能力是非常明显的，对提高叶片的使用寿命作用下，熔融态CMAS沉积物嵌入涂层晶粒结构中，以及耐高温极限也尤为重要。研究发现：在１０５５℃随着发动机循环次数的增加，CMAS的凝固熔化次数的工作环境下，在涡轮叶片的金属基底上喷涂１２７μm［８］增多会促进热障涂层的局部剥落和早期失效，使其热的热障涂层，可使金属基底的温度降低１８９℃。［７］循环冲击寿命大为减少。图１为高压涡轮叶片涂层２．２烧蚀与裂纹脱落。烧蚀和裂纹都是