某型航空发动机高压涡轮盘寿命研究

【类型】学位论文

【作者】许建东 

【关键词】 航空涡轮风扇发动机 高压涡轮盘 低循环疲劳寿命

【摘要】航空发动机的寿命是由主要零部件的寿命决定的。高压涡轮盘是涡轮风扇发动机的主要零部件之一，在高温高转高负荷下工作，一旦发生破坏，其后果将极其严重。所以，高压涡轮盘的寿命研究对发动机的可靠使用十分重要。 某型涡轮风扇发动机设计给定的总寿命只有900小时，影响这种发动机寿命的主要因素是高压涡轮盘的总寿命较短。经过对一批达到翻修间隔期限的发动机进行初步统计，其大状态工作时间低于设计规定值。本文根据飞机在使用时飞行载荷谱较原设计载荷谱轻的实际情况，针对高压涡轮盘进行了系统的寿命研究工作，统计分析了发动机实际飞行载荷谱，进行了高压涡轮盘应力应变计算分析，进行了低循环疲劳寿命预估，开展了轮盘的低循环疲劳试验，进行了残余应力分析、损伤容限分析和裂纹扩展试验。通过综合评定，将高压涡轮盘延寿到了1500小时，并进行了长期试车考核验证。 首先，采用系统统计、分析飞行载荷谱的方法，首次对一型发动机进行了大规模的使用载荷谱统计，搞清了该型发动机和所配装的飞机多年使用情况和负荷，对指导发动机使用打下了基础。在不降低发动机固有可靠性的前提下，充分利用发动机外场使用载荷小、剩余寿命储备高的特点，成功完成了发动机的延寿。 其次，在损伤容限分析中，通过试验得到了高压涡轮盘材料的低循环疲劳性能、裂纹扩展等参数，弥补了国内该种材料数据的空白。用去除轮盘表面性能衰减材料的修理工艺以延缓轮盘裂纹萌生周期，提高可靠性，这种方法在国内属首创。开展了高压涡轮盘二维应力状态下残余应力测试，进而确定最大应力应变循环分析和寿命评估，突破了以往一维应力状态下残余应力解析计算方法的限制，具有一定的工程参考价值。 第三，发展了航空发动机涡轮盘寿命研究技术，采用高压涡轮盘载荷谱分析、应力应变分析、低循环疲劳试验、长期试车考核，与损伤容限分析、残余应力分析、裂纹扩展试验、轮盘破裂试验相结合的方法，综合评估寿命，形成一整套方法，经过了大量发动机的安全应用验证，对国内其他型号涡轮盘的定寿具有极为重要的参考价值。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘大响

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