某型航空发动机的涡轮整体叶盘设计
观 弋锻 ＩⅪＭｏ ｄ ｅｒｎ删Ｍａｃ。ｈｉｍｑ
某型航空发动机的涡轮整体叶盘设计
叶炜
（中国航发动研所，湖南株洲４１２００２）
摘要：对航空发动机中涡轮整体叶盘的主要失效模式和设计需要考虑的强度问题进行了总结，对某型发动机的整
体叶盘进行了强度分析和寿命评估，同时对该叶盘进行了强度试验验证，为涡轮整体叶盘设计提供了参考。 关键词：航空发动机叶盘设计
中图分类号：Ｖ２３２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６８８６（２０１７）０６—００１４—０５
Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ ｉｎ ａｎ ａｅｒｏ——ｅｎｇｉｎｅ
ＹＥ Ｗｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｉｆｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ ｉｎ ａｎ ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ａｔ
ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｂｌｉｓｋ ｗａｓ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ，ｂｌｉｓｋ，ｄｅｓｉｇｎ
０ 引言
整体叶盘是将叶片与叶盘制成一体的整体结
构。目前国内航空发动机的涡轮部件整体叶盘多应
用于小型燃气涡轮发动机，加工方式主要采用铸造
高温合金整体精铸成型。相对于叶片和叶盘采用榫
头榫槽连接方式，整体叶盘具有：减轻转子重量；避
免榫头、榫槽连接处的气体逸漏，提高效率；避免榫
头、榫槽磨损及微动磨损，增加发动机的可靠性；结
构简单，减小发动机的零件数等优点¨ Ｊ。本文从
选材、制造工艺、有限元强度校核以及试验验证等对
整体叶盘设计进行了说明。
１ 叶盘设计需考虑的主要问题
叶盘作为航空发动机中的一个关键零件，长期
处在高转速、高负荷和高温的环境下，承受着热载荷
和机械载荷的共同作用，易发生各种形式的失效破
坏，它的寿命一直是发动机关键件中最短的，其寿命
直接决定了发动机的寿命。主要的破坏形式有：
ａ）轮心出现裂纹；
ｂ）叶盘子午截面破裂；
・１４・ ｅ）蠕变损伤，导致叶盘破裂。
以上几种为整体叶盘常见的破坏形式，为了防
止叶盘出现破坏，提高设计安全裕度，在设计初期必
须对其各种可能的破坏形式进行详细设计分析，从
而保证叶盘的强度。根据可能破坏形式，叶盘强度
设计需要考虑的主要内容有＿３ Ｊ：
ａ）叶盘静强度设计；
ｂ）叶盘持久静强度设计；
Ｃ）叶盘低循环和持久寿命设计；
ｄ）叶盘破裂转速。
２ 选材分析
根据发动机的设计参数，该叶盘最高工作温度
约９７０ｏＣ，设计转速为３８５００ ｒ／ｍｉｎ，盘坯直径２４５
ｍｍ，寿命要求大于１０００次循环。目前用于涡轮整
体叶盘的材料主要有：Ｋ４１８Ｂ、Ｋ４２４、Ｋ４１７Ｇ以及
Ｋ４４７Ａ合金，这些合金的承温能力见表１，相关性能
见图１一图３ 。可以看出，与其他合金相比，
Ｋ４４７Ａ具有较高的承温能力、高的强度性能以及优
异的持久性能。从图３来看，Ｋ４４７Ａ在７６０℃下的
轴向光滑疲劳强度约是Ｋ４１８Ｂ的２．５倍。结合该 观 弋以’ Ｉ‰Ｍｏｄ ｅ ｒｎ Ｍａｃｈ 眄
ｆ）轴向力、预紧力以节点力形式施加在图５所
示Ｂ面。
在设计点状态下当量应力分布见图７，其最大
当量应力位于轮心。
Ｆｎｎｇｏ：ｎｎｗ．Ｓｔａｔｌｅ ｓｕ 聃￡２ …Ｔｅ ，ｖ０ｎＭＩ￣ａ．（Ｎ（；Ｎ－ＬＡ￣ＥＲＥｍ
图７盘体优化后当量应力（ＭＰａ）
４．２强度校核
采用普通工艺精铸成型的整体叶盘，轮心部位
晶粒粗大，低周循环疲劳Ｉ生能较差，难以满足长寿命
的使用要求。计算结果表明即便叶盘优化后，轮心
处当量应力达到９４５ ＭＰａ，周向应力８６４ ＭＰａ，其应
力值已超过Ｋ４４７Ａ普通铸造的材料性能。在叶盘
的制造工艺上考虑采用细晶铸造工艺，细晶铸造技
术可使铸件的晶粒成为细小均匀的等轴晶，从而保
证了材料组织和性能的各向同性，细晶铸造技术在
使铸件晶粒细化的同时大大改善了低周疲劳性能，
减少了铸件力学性能的分散度并提高材料的力学性
能 Ｊ。Ｋ４４７Ａ性能数据（表２）显示，细晶铸造能提
高材料性能１０％。
表２ Ｋ４４７Ａ实测性能数据 表３ 强度校核结果
４．３寿命估算
由于缺少Ｋ４４７Ａ应变一寿命曲线参数，采用文
献［８］中疲劳应力分析方法估算高压涡轮叶盘的低
循环疲劳寿命，计算过程为：
ａ）若平均应力及应力幅在修正的Ｇｏｏｄｍａｎ线
（图８）下方，则具有无穷寿命。
０ １∞ ２００ ３００ ４ｔｈ＇２，５００ ６Ｉｍ ７０｛）８ｆ）（１ ９ｔ】（）ｌ０００ Ｉ１００
图８ １０ 次循环修正的Ｇｏｏｄｍａｎ曲线
图８中：Ｏｒ 一名义平均应力．ＭＰａ；
一名义应力幅，ＭＰａ；
ｏｒ 一强度极限，ＭＰａ；
ｏｒ一 一疲劳极限，ＭＰａ；
Ｋ 一强度极限分散系数，对于铸件、钣金焊件，
取１．３；对于锻件、机械加工件或离心铸件，取１．１；
Ｋ 一疲劳极限分散系数，具体取值见图９。
ｏ 。 【 ６
图９疲劳强度分散系数
ｂ）若不满足无穷寿命，则计算参数ｃ 、ｃ ，并查 根据Ｋ４４７Ａ的细晶铸造材料的性能数据，参照 图１０可估算出寿命１３００次循环。
ＥＧＤ－３［７ｉ应力标准对叶盘进行强度校核，校核结果 Ｃ，： ／ ，Ｃ ： 一．／ 见表３。
・１６・
图１０最差疲劳试件曲线图（应力集中系数为１．０） Ｄ设ｅｓｉｇ ｎ Ｒ、ｅ研ｓｅａ究ｒｃｈ＆、分Ａｎａ析ｌｙｓｉｓ ＩＩ刎７年第 期 、 … ● ’ ’‘＇
面破裂转速比低于子午截面破裂转速比，故选取圆
柱截面进行等效转速计算。
使用以上方法计算得到当试验温度为室温时，
超转和破裂试验转速分别为５３４３１ ｒ／ｍｉｎ和５６４５９
ｒ／ｍｉｎ。
５．２超转试验结果
根据以上方法确定的试验等效转速，进行了叶
盘超转试验，试验后检查表明：最大外径残余变形小
于０．１５％，且经荧光检测没有发现裂纹，判定该叶
盘超转试验合格。
５ 叶盘强度试验验证 ６ 结论
方法对高压涡轮叶盘 图１１叶盘超转试验
的破裂转速进行计
算，方法如下：
１）叶盘子午截面破裂转速
。＿＿＿＿＿一 ：ｎ （１） Ｉ ｎ／一 ｌ ｆ 式中：ｎ。一子午截面破裂转速，ｒ／ｍｉｎ；ｎ一计算转
速，ｒ／ｍｉｎ；ｏｒ６一极限强度，ＭＰａ；ｏ－ 一平均周向应力，
ＭＰａ。
２）叶盘圆柱截面破裂转速
／／＇２：ｒｔ （２） ／了
ｕⅢ１ａ 式中：ｎ 一圆柱截面破裂转速，ｒ／ｍｉｎ；ｎ一计算转
速，ｒ／ｍｉｎ； ６一极限强度，ＭＰａ； 一盘上最大离
心径向应力，ＭＰａ。
根据应力计算结果及公式（１）、（２）计算各工况
下叶盘的破裂转速，规定超转、破裂状态下，圆柱截 本文对叶盘可能的破坏形式进行了分析，对强
度分析需要考虑的内容进行了总结。对叶盘的选
材、强度和寿命设计进行了详细的分析，并通过了超
转试验验证，得出如下主要结论：
１）叶盘形状经优化设计后可以有效降低盘心
的应力水平并提高强度储备和寿命。
２）细晶铸造工艺可以使盘体的晶粒细化，进一
步提高叶盘的强度储备和寿命。
３）基于疲劳应力分析方法，该叶盘的低循环疲
劳寿命为１３００次循环。
４）该叶盘通过了超转试验，初步验证了设计的
可行性，具备装机试验条件。
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航空制造技术，２００６（４）：ｌ一８．
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版社．２００１．
・１７・
观 弋磁 摘 Ｍｏｄ ｅ ｒｎ删Ｍａｃ ｅｑ
液压阀非定常流场数值模拟及分析
张婷。廖盛祝
（中国航发西安动力控制科技有限公司，陕西西安７１００７７）
摘要：为深入研究阀体内部流场结构。采用非定常数值模拟方法对某液压锥阅３种不同开度下的流场进行数值模
拟，并对其进行对比分析。成功地捕捉到液压锥阀的非定常流场，液压锥阀中等开度下的流场呈周期性变化；保持 进口流速不变，随着开度增大，阀芯所受压力逐渐减小，主流区宽度逐渐增大，角区漩涡面积增大，阀芯上部漩涡区
逐渐减小。
关键词：液压阀 非定常流场漩涡共振 中图分类号：ＴＨＩ３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６８８６（２０１７）０６—００１８—０４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｆｌｕｉｄ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ
ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ，ＬＩＡＯ Ｓｈｅｎｇｚｈｕ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ，ｔｈｅ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ
ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｐｐｅｔ ｖａｌｖｅ ｕｎｄｅｒ ３ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅｓ．Ｔｈｅ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｐｐｅｔ ｖａｌｖｅ ｉｓ ｃａｐｔｕｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｐｐｅｔ ｖａｌｖｅ ｉｓ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｃｈａｎｇｅｄ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｏｏｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｓ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ
ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆｌｏｗ ａｒｅａ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ａｒｅａ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｚｏｎｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｔ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｐｏｏ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ，ｕｎｓｔｅａｄｙ ｆｌｕｉｄ ｆｉｅｌｄ，ｖｏｒｔｅｘ，ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
浅谈航空发动机整体叶轮的加工方法
第２期（总第１３２期） Ｎｏ．２（ＳＵＭ Ｎｏ．１３２） 机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ２０１３年４月 Ａｐｒ．２０１ ３
浅谈航空发动机整体叶轮的加工方法
王宏睿
（南京工程学院机械工程学院，江苏南京２ｔ１１６７） 摘要：整体叶轮是航空发动机的核心部件之一，其结构复杂，叶片薄且扭曲大，叶片间隔小，特别是在高温、高压、
高转速的条件下工作。通常采用钛合金、高温合金等高性能金属材料制造，这些材料极难切削，对此，浅述新型的
加工工艺。
关键词：整体叶轮；数控铣削；电解加工
中图分类号：Ｖ２３２．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—７７３Ｘ（２０１３）０２—０００３—０３
Ｏ引 言 航空发动机叶片是发动机的核心部件之一，随着
发动机性能要求的提高，整体叶轮的形状也更趋复杂，
其特点是：叶片薄，扭曲大，叶片间隔小。这给整体叶 轮的制造加工带来了极大的困难。２Ｏ世纪８０年代后
期以来，美国、欧洲按照ＩＨＰＴＥＴ、ＵＥＥＴ、ＡＣＭＥ等航空 发动机采用整体叶盘结构就是在开发新结构方面取得
的成果。整体叶轮结构与常规的机械连接式叶轮相比
具有以下优点：１）可以省掉由叶片榫头、锁片和榫槽
连接结构所带来的额外重量。２）整体叶轮可消除常
规叶轮中气流在榫根与榫槽间缝隙中逸流造成的损
失，使发动机工作效率增加，从而使整台发动机推重比 显著提高。３）省去了安装用的螺柱、螺母和锁片等连
接件，极大减少了零部件，也避免了榫槽损伤和断裂等
潜在故障。但是，由于整体叶轮结构复杂，加工精度要 求高，整体叶轮的机械制造加工面临越来越强的挑
战。（１）整体叶轮加工困难。除了叶型复杂外，精度要
求高，且叶型薄，受力后变形大，同时叶片数较多，其加
工量很大。（２）发动机在使用过程中，叶片常会遇到外
物打击而损伤或因振动疲劳而出现裂纹。整体叶轮要
更换叶片非常困难，有可能因为一个叶片损坏，而报废
整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工
《电加工与模具》2020年第6期电化学加工
整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工
翟士民，张明岐，黄明涛，潘志福，刘萌，孙超
(中国航空制造技术研究院，北京100024 )
摘要:针对整体叶盘狭小叶栅扭曲叶型结构，采用电解旋转套料的方法进行加工。通过计算得 出旋转套料的中心轴与叶型中心轴的偏移量与偏移角度，设计加工端面电极及分体等速螺旋体水
套结构，并进行了小栅距通道加工试验，实现了狭小叶栅扭曲叶型的电解旋转套料加工，得到的产
品能够满足后续精密电解加工技术要求。关键词:整体叶盘;狭小叶栅;扭曲叶型；电解套料加工；等速螺旋体水套中图分类号:TG662 文献标志码:A 文章编号：1009-279X(2020)06-0048-04
Electrochemical Rotating Nesting Machining for the Narrow
Cascade Channel of Blisk
ZHAI Shimin,ZHANG Mingqi,HUANG Mingtao,PAN Zhifu,LIU Meng,SUN Chao (AVIC Manufacturing Technology Institute,Beijing 100024,China )
Abstract ：For the structure of the the twisted blade of narrow blade cascade of the blisk, the
electrochemical rotating nesting machining method is studied. Through the calculation of the offset and
direction between the center axis of the rotary sleeve and the center axis of the blade, the electrode structure of the end-face and water jacket structure of split constant velocity screw were designed, and
某高压涡轮整体叶盘破裂转速计算方法及试验验证
第ｌ９卷第３期 ２００６年８月 燃气涡轮试验与研究 Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏｌ，１９，Ｎｏ，３ Ａｕｇ．，２００６ ３３
摘 要：轮盘的一个重要设计准则是防止其破裂。本文介绍了某高压涡轮整体叶盘破裂转速的计算方法和试验验证。 根据试验结果对整体叶盘破裂转速的计算方法进行了验证，反推并验证了该高压涡轮整体叶盘的材料利用系数。该研 究成果可供工程设计人员参考。 关键词：设计准则；涡轮整体叶盘；破裂转速 中图分类号：Ｖ２３２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２６２０（２００６）０３－００３３－０４
Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂｌｉｓｋ Ｂｕｒｓｔ Ｓｐｅｅｄ ＷＵ Ｃｈａｎｇ—ｂｏ，ＱＩＮＧ Ｈｕａ，ＦＥＮＧ Ｙｉｎ—ｌｉ，ＷＡＮＧ Ｗｅｉ—ｇｕｏ，ＳＵＮ Ｊｉｎｇ－ｇｕｏ （Ｃｈｉｎａ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ａｂｏｕｔ ａ ＨＰ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ ｉｓ ａｖｏｉｄｉｎｇ ｂｕｒｓｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＨＰ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ ｂｕｒｓｔ ｓｐｅｅｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｈｅｃｋ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＨＰ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ ｂｕｒｓｔ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｉｇｎ ｃｒｉｔｅｒｉａ；ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｉｓｋ；ｂｕｒｓｔ ｓｐｅｅｄ １引言 在发动机正常加速过程中，转速瞬间超转、燃油 调节器失灵、加力燃烧室故障或轴破坏脱开等异常 情况都会引起涡轮盘超转．甚至破裂。涡轮盘一旦破 裂，后果极为严重。据统计，所有涡轮盘和大多数轮 缘的破裂是属于非包容性的。涡轮盘的碎片打穿发 动机的机匣后．便可能切断油路或操纵系统，穿透油 箱与座舱．对乘员和飞机造成严重威胁ｆｌ１。因此．轮 盘的一个重要设计准则就是防止破裂。目前，发动机 设计时．一般都要给出轮盘的破裂转速储备要求。不 同的发动机在轮盘的破裂转速储备系数上有不同的 要求．但总的原则是保证发动机的安全。 国内在上世纪８０ ９０年代已进行了部分轮盘 破裂转速的计算方法研究．也进行了部分转子的破 裂转速的试验验证工作，但未见高压涡轮整体叶盘 破裂转速的计算方法研究和试验验证工作。本文介 绍了某高压涡轮整体叶盘破裂转速的计算方法研 究，并在立式叶轮旋转破坏试验台上进行了破裂转 速的试验验证。
一种径向开槽的低惯量涡轮盘结构方案设计
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/des Development of Energy Science
February 2015, Volume 3, Issue 1, PP.8-13
On the Conceptual Structural Design of a Low
Inertia Turbine Disc
Jing Yang 1 ,2#, Yanrong Wang 1,2, Dasheng Wei 1
1. School of Energy and Power Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China;
2. Collaborative Innovation Center for Advanced Aero-Engine, Beijing 100191, China
#Email: 609174722@ Abstract The temperature difference in the radial direction for a turbine disc during operation is significant, i.e. the higher temperature near the rim, the lower temperature near the center hole, and the larger compressive stress occurs at the rim region of the turbine disc, the larger tensile stress occurs in the vicinity of the center hole. If the rim of turbine disc is slotted radially to lower turbine thermal
整体叶盘磨抛机床叶片型面磨头结构拓扑优化设计
整体叶盘磨抛机床叶片型面磨头结构拓扑优化设计
黄智;吴湘;王洪艳;周涛
【摘 要】针对航空发动机整体叶盘磨抛机床叶片型面砂带磨头结构的轻量化设计目标,对磨头支撑板开展变密度法拓扑优化设计.在完成磨头静动态分析的基础上,进行了变密度法拓扑优化理论分析.以磨头支撑板最优材料分布为基础,对磨头结构开展轻量化布局以及尺寸优化,获得了最终的磨头结构设计参数.结果表明,优化后磨头质量总体来说相比原始结构减轻了8.74％,并在动静力学性能方面获得了较为理想的提升,较好地实现了磨头结构减重优化设计目标.
【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2019(040)008
【总页数】5页(P1149-1153)
【关键词】拓扑优化;磨头;轻量化设计;变密度法;结构设计
【作 者】黄智;吴湘;王洪艳;周涛
【作者单位】电子科技大学 机械与电气工程学院, 四川 成都 611731;电子科技大学 机械与电气工程学院, 四川 成都 611731;电子科技大学 机械与电气工程学院,
四川 成都 611731;电子科技大学 机械与电气工程学院, 四川 成都 611731
【正文语种】中 文
【中图分类】TH122
整体叶盘是新一代航空发动机性能提升的关键部件,磨抛作为其最后一道精加工工序,加工效果的优劣是影响该性能的关键性因素.磨抛头作为叶盘磨床的关键部件,在加工过程中处于复杂的动态承载环境中,其控制精度和响应速度直接影响磨抛加工的质量.为满足加工时的精度和稳定性要求,磨头的刚度和强度需满足特定要求,并且其重量也要尽可能地轻.在保证磨头静动力学性能的前提下如何实现其结构的减重是目前该特殊装备优化研究的重点方向,这对于改善航空发动机性能来说至关重要.
拓扑优化设计的主体思想是在初始设计阶段以所设定条件为约束,改变其拓扑结构形式及材料分布以达到结构的最优布局及减重设计要求[1-4].根据其不同的拓扑表达模型,主要的拓扑优化方法为:均匀化方法(homogenization method)[5-6]、变密度法[7-8]、变厚度法[9]、独立连续映射模型方法(independent contionuous
某型发动机整体轮盘低循环疲劳寿命计算
某型发动机整体轮盘低循环疲劳寿命计算
李晓东;白宏伟;王传奇
【摘 要】介绍了循环旋转试验器预定轮盘循环疲劳寿命的基本思路，并介绍了根据此思路所进行的整体轮盘的循环试验的条件、实施、结果的分析与处理，通过低循环疲劳试验确定轮盘的初始寿命。为评定压气机使用寿命提供依据；积累试验数据，丰富设计数据库，以完善压气机设计体系。
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2016(000)003
【总页数】3页(P196-198)
【关键词】低循环疲劳;载荷系数;寿命系数;标准应力循环;飞行换算率;初始飞行小时寿命
【作 者】李晓东;白宏伟;王传奇
【作者单位】哈尔滨东安发动机 集团 有限公司，哈尔滨 150066;海军驻哈尔滨地区航空军事代表室，哈尔滨 150066;海军驻哈尔滨地区航空军事代表室，哈尔滨
150066
【正文语种】中 文
【中图分类】V231.9
低循环疲劳指低频大应力寿命在105以下的疲劳现象。现代先进发动机的使用应力越来越高，大应力部位或应力集中的局部和材料缺陷附近的应力接近或超过材料的屈服强度，随着发动机的“启动→运转→停车”循环局部产生的塑性变形会逐渐形成疲劳裂纹，裂纹扩展最终导致轮盘破裂。低循环疲劳损伤通常是制约发动机轮盘使用寿命的主要因素。
1.1 轮盘循环疲劳寿命
疲劳是一门高度依赖于统计的学科，大多数疲劳试验结果表明，其对数寿命服从正态分布，根据一个或几个轮盘的试验结果确定同类轮盘的寿命。将任选的试验轮盘的疲劳寿命与最好试件和最差试件寿命的比值（通常称疲劳散度系数）相联系起来，给出批准循环寿命或称安全循环寿命。寿命定义为1/750概率，表面产生0.8
mm裂纹的循环数。
一台发动机有多级轮盘，对几何形状相似，材料的全部冷热加工工艺检验标准都相同，则可以根据应力分析选择具有代表性的一级进行试验，其试验结果可以同时给出其它几级轮盘的循环疲劳寿命。
1.2 疲劳散度系数
在没有进行大量的材料和构件试验前，可借用国内外通用的轮盘寿命散度系数4和载荷系数1.3的经验数据。
现代航空发动机整体叶盘电子束焊接技术及计算模型
第２９卷第２期 ２０１２年４月 吉林建筑工程 学 院 学报 Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｒ．２０１２
现代航空发动机整体叶盘电子束
焊接技术及计算模型
高慧婷 马静月
（吉林建筑工程学院材料科学与工程学院，长春１３０１１８）
摘要：整体叶盘省去了榫齿连接技术的了榫头、榫槽和锁紧装置，避免了榫头气流损失，减少了结构重量和零件数 量；取而代之的是先进的连接技术，本文着重对电子束焊接及其热源模型进行了概述． 关键词：航空发动机；整体叶盘；热源模型 中图分类号：ＴＧ４０４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—０１８５【２０１２）０２—００２３—０４
Ｍｏｄｅｒｎ Ａｅｒｏ——ｅｎｇｉｎｅ Ｂｌｉｓｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ——ｂｅａｍ Ｗｅｌｄｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｄｅｌ
ＧＡＯ Ｈｕｉ—ｔｉｎｇ，ＭＡ Ｊｉｎｇ—ｙｕｅ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ １３０１ １８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｌｉｓｋ ｌｅａｖｅ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒａｂｂｅｔ，ｔｅｎｏｎ’ｓ ｇｒｏｏｖｅ ａｎｄ ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｉｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ
ｒａｂｂｅｔ’Ｓ ａｉｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｓ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｅｒｏ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｒｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ
ｒｅｐｌａｃｅ ｉｔ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｂｌｉｓｋ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ
某发动机涡轮导向器精密整体叶盘铸造工艺研究
新技术新工艺２０１２年第５期 某发动机涡轮导向器精密整体叶盘铸造工艺研究 黄艳松，马俊文，文柏衡 （海军驻株洲某军事代表室，湖南株洲４１２００２） 摘 要：整体叶盘是现代航空发动机的一种新型结构部件，对于提高航空发动机性能具有重要作用， 因此精密整体叶盘铸造技术是未来航空发动机制造的关键技术。在分析某发动机涡轮导向器整体叶盘 铸造工艺性能的基础上，设计了浇注系统，并经相关的试验验证，解决了叶片欠铸问题，最终确定了铸造 工艺参数，为精密整体叶盘铸造技术的进一步发展积累了经验。 关键词：发动机；整体叶盘；铸造工艺 中图分类号：ＴＧ ２４ 文献标志码：Ａ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｗｈｅｅｌ ｏｆ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｎｏｚｚｌｅ ｉｎ ａｎ Ａｅｒｏ－ｅｎｇｉｎｅ ＨＵＡＮＧ Ｙａｎｓｏｎｇ．ＭＡ Ｊｕｎｗｅｎ．ＷＥＮ Ｂｏｈｅｎｇ （Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｉｎ Ｚｈｕｚｈｏｕ Ａｒｅａ，Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｗｈｅｅｌ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ ｍｏｄｅｌ ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ，ｉｔ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｒｏｌｅ ｉｎ ｉｍ— ｐｒｏｖｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｗｈｅｅｌ ｃａｓｔｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｗｈｅｅｌ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｎｏｚｚｌｅ ｉｎ ａｎ ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｇａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｓ— ｔｉｎｇ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，ｈａｄ ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒ ｃａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｂｌａｄｅ，ａｎｄ ｍａｄｅ ｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐａｒａｄｉｓｅ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ａｃｃｕ ｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｗｈｅｅｌ ｃａｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｇｉｎｅ，Ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｗｈｅｅｌ，Ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 不断提高推重比、延长使用寿命以及降低能耗 一直是现代航空发动机发展的主导方向，这使得在 先进航空发动机设计中，出现了大量新材料、新结 构。在材料上，更多地采用先进复合材料、钛合金和 镍基高温合金；在结构上，更多地采用整体结构 ］。 整体叶盘结构是将传统结构的叶片和轮盘设计成为 整体结构，省去传统连接方式中采用的榫头、榫槽和 锁紧装置，使结构质量轻、零件数量少，避免了榫头 的气流损失，发动机整体结构大为简化，推重比和可 靠性明显提高 ］。精密整体叶盘铸造技术，生产过 程复杂，技术难度大，废品率高，只适合于铸造合金， 仅少数工业发达国家掌握该项技术，国内尚无成熟 的工艺技术，处于发展阶段。 涡轮导向器是某航空发动机的核心部件，结构 复杂，工作条件苛刻，为简化该涡轮导向器结构，提 高使用性能和寿命，采用了整体结构和精密整体叶 盘铸造技术。该涡轮导向器精密铸造工艺难度大， 在毛坯铸造试制过程中遇到不少困难。本文在分析 涡轮导向器结构的基础上，对铸造工艺难点进行了 评估，通过试验确定了浇注系统设计方案，掌握了浇 注工艺参数对铸件性能、熔炼对合金元素的影响情 况，针对试验中出现的铸件尺寸超差、叶片欠铸等问 题进行了探讨，并提出了改进措施，最终确定了合理 的铸造工艺，加工出了符合要求的铸件。
AI-222-25
AI-222-25发动机的特点
AI-222发动机系列是乌克兰扎波罗日飞机发动机联合体（Zaporozhye Aircraft Engine Complex）于90年代后期根据高教机、轻型攻击机、轻型战斗机的市场需求开始改进研制的发动机，该联合体由伊伏琴柯前进设计局（Ivchenko Progress Design Bureau）和扎波罗日发动机制造厂组成。
AI-222-25发动机在AI-25TL和DV-2基础上进行了比较大的改进，该发动机：
技术先进、性能较优。该发动机采用与当代西方发动机相似的新技术，如单元体结构，FADEC控制系统，定向结晶高温涡轮叶片，高负荷整体叶盘结构等，其主要性能参数与西方国家同类产品比较，性能较优，另外发动机的冷、热端部件寿命分别达到6000小时和4000小时，翻修寿命可到2000h。
政治风险小。乌克兰是独立主权国家，不受他国控制，我国与乌克兰国家关系友好，两国之间的技术贸易没有障碍；目前洪都航空工业集团公司的教练-8飞机仍然采用前进设计局和相应工厂生产的AI-25TL发动机，双方一直保持技术合作。据外电报道，在坦克、驱逐舰军用动力系统方面，我国与乌克兰也保持着良好的技术合作关系。
技术风险小。
乌克兰扎波罗日飞机发动机联合体，是一家经验丰富，产品众多的发动机企业，其设计部门的前身苏联伊伏琴柯-洛塔列夫设计局是苏联著名的发动机设计局之一，已有60年的发展历史，1990年苏联解体后，该设计局及配套的扎波罗日发动机制造厂归属乌克兰。前后研制生产了AI-20、AI-24、D-36、D-18T、D-136、DV-2、D-236、D-436、D-27等涡桨、涡轴、涡喷、涡扇和桨扇各型17种涡轮发动机，总计生产30，000多台。用于伊尔-18、安-24、L-39、雅克-40、雅克-42、安-124、安-225、米-26等中型、大型运输机，教练机、直升机共53种飞机，在96个国家中使用，累积2.5亿飞行小时[4]。该联合体的质量管理体系已获得ISO-9002国际标准认证，目前正在与俄罗斯的克里莫夫公司、莫斯科联盟航空发动机联合体合作开发D-436涡扇发动机，是图-334支线飞机的动力，其改型可用于图-134, 雅克-42, 安-72 和 安-74 飞机及别-200水陆两用飞机上；AI-450 涡轴发动机系列, 将用于卡-226和卡-228直升机。此外，联合体还与俄罗斯的克里莫夫公司等发动机合作开发TV3-117涡轴发动机，用于多种直升机。
整体叶轮的加工工艺
整体叶轮的加工工艺
摘要：根据叶轮加工专业软件中NC 程序模块分类思路以及通用叶轮数控工艺的需求分析，在对某型叶轮进行五轴加工工艺编排过程中对此方法进行了工程试用，最后通过VIRICUT
加工仿真平台验证了叶轮工艺及特征分类方法的可行性和正确性。
关键词：叶轮；加工特征；加工模块
1 引言
随着航空发动机推重比的日益提高，在风扇与压气机中整体叶轮的结构得到越来越多的应用，其省去了连接用的榫头、榫槽，使零件数大为减少。然而却带来单件结构复杂、刚性差、材料加工难度大、加工质量要求高，加工量大等一系列加工难点。而且整体叶轮上的叶片往往由复杂的自由曲面经过三维扭曲组成，几何精度要求很高，因此对加工程序的编制提出了更高的要求。如何快速地缩短我国叶轮加工工艺技术与发达国家的距离，研发我国自主版权的叶轮加工专业模块及软件，成为我国叶轮加工工艺技术研究中亟待解决的问题。
2 整体叶轮分类与CAD/CAM 系统结构
目前航空发动机技术中所采用的整体叶轮按结构形式分为开式与闭式两种构型，开式叶轮按照气流的运行方式又可分为轴流式叶轮与离心式叶轮。对于压气机转子和风扇等具有复杂曲面叶片叶轮的制造通常采用五轴数控铣削加工的方式实现其精度要求，较为成熟的工艺主要有：精锻毛坯+精密数控铣削加工；焊接毛坯+精密数控铣削加工。采用通用加工软件对整体叶轮进行精密数控铣削加工的CAD/CAM 系统，如图 2 所示。
图 2整体叶轮的通用CAD/CAM 系统
在通用加工软件中，首先根据叶轮图纸及型值点数据建立整体叶轮模型，之后对已有模型中的轮毂、流道、叶片等区域分别进行工艺编制和程序编写，并通过加工仿真验证程序的可行性，最后通过机床相应后置处理得到可以用于加工的 NC 代码。
3 加工特征分类的整体叶轮加工工艺
3.1 加工刀具的选择
为了提高加工效率及保证刀具刚性，在叶轮的加工过程中应尽可能使用直径大的刀具。通过UG 软件的距离分析功能可得被加工叶轮的叶片间距 Lmin为 8.2mm，为了保证半精加工余量 δmax并为刀轴摆动角度预留空间，可以通过（1）式预估刀具直径，各参数定义，如图3所示。