航空发动机压气机叶片的设计
航空发动机原理第五讲 发动机部件工作原理---压气机
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三、轴流式压气机增压原理
级增压原理： 动叶 加功增速 靠扩张叶栅通道减相对速度，增加压力； 静叶 使在动叶中获得能量的气流，通过扩张叶栅通 道减速增压 同时静子还起导向作用将气流引导到一定方向 ，为顺利进入下一级做准备
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速度三角形（出口）：
气流流出动叶的相对速度为W2； 叶片转动切线速度为U2； 气流流出动叶的绝对速度为V2。
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 气体在动叶栅中的流动：
近似认为动叶前后切向速度不变U1 U2 气流在动叶中相对速度降低，W2 W1（减速增压） 气流流经动叶的绝对速度增加，即V2 V1（转子做功）
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 气体在动叶栅中的流动： 伯努利方程（相对坐标系）
dp W22 W12 W fr 0 dp 0 W 2 2 W1
1
2
叶型弯曲形成扩张通道，相对 速度减小，压力提高
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四、热力过程及主要参数
1、热力过程 理想情况：绝热等熵压缩 实际情况：不可逆压缩（近似多变压缩）
h 2i
理想压缩功
2
P2*
P1*
等熵
实际压缩功
1 S
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四、热力过程及主要参数
2、效率计算
等熵过程的关系式： 等熵压缩功：
T2i p2 i ( ) T1 p1
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CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片典型损伤模型建立、外来物损伤分析、检测方法及修复方式研究
CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片典型损伤模型建立、外来物损伤分析、检测方法及修复方式研究目录摘要 (6)Abstract ...................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
第一章绪论. (7)1.1 研究背景及意义 (7)1.2 航空燃气涡轮发动机叶片建模 (10)1.3 发动机叶片损伤的检测方法对比研究 (11)1.4 外来物损伤分析 (11)1.5 航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (12)第二章CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片建模 (12)2.1 数据测量 (13)2.2 建模过程 (16)2.3 带损伤叶片的成品展示及危害性介绍 (23)第三章航空燃气涡轮发动机叶损伤检测方法研究 (30)3.1 目前的无损检测方式分类 (31)3.2 各种无损检测方式优缺点分析 (35)3.3 无损检测技术在发动机检测中的运用 (44)第四章航空燃气涡轮发动机叶片外来物损伤 (45)4.1 鸟类等软物撞击的损伤 (46)4.2 硬物撞击对叶片的损伤 (47)第五章航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (49)5.1 目前常用的一些修复方法 (50)5.2 常用修复方法的优缺点对比 (51)5.3 目前叶片修复面临的难题 (52)5.4 航空发动机叶片修复再制造的一般流程 (52)参考文献 (53)致谢............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。
航空发动机叶片知多少（一）——风扇叶片简介
航空发动机叶⽚知多少（⼀）——风扇叶⽚简介如果经常坐飞机，那肯定都知道，飞机发动机前⾯有⼀圈很⼤很⼤的叶⽚。
没错，通常通过发动机外观我们只能看到发动机的风扇叶⽚（涡扇发动机）或者涡桨叶⽚（涡桨发动机），也就是我们通常在飞机前⾯能看到的很⾼很⼤的叶⽚。
那飞机发动机上究竟是不是只有我们看到的风扇叶⽚啊？如果你只见树⽊，不见森林，那就错了，风扇叶⽚论数量只占到发动机中叶⽚总数的2%左右，还有很多叶⽚是什么呢？下⾯跟着⼩编⼀起来看看发动机上的叶⽚类型，以及每种叶⽚不同的⼯作原理。
今天我们先来说说——修长的风扇叶⽚！就风扇叶⽚⽽⾔，⽬前世界上⽬前最⼤风扇叶⽚是GE9X的风扇叶⽚它的叶尖直径为3.4m，采⽤GE公司的第4代碳纤维复合材料制成。
3.4m是什么概念，也就是说单个叶⽚安在发动机上，它的半径⼏乎相当于成年⼈的⾝⾼。
GE9X叶⽚钛合⾦风扇叶⽚风扇叶⽚是最容易观察到的叶⽚。
风扇叶⽚的直径⼀般⽐较⼤，从⼀⽶到三⽶多不等。
风扇叶⽚的主要作⽤是把进⼊发动机的空⽓进⾏初步压缩，压缩后的⽓体分两路，⼀路进⼊内涵道进⾏继续压缩，⼀路流进外涵道直接⾼速排出，产⽣巨⼤的推⼒。
可能觉得不可思议，其实涡扇发动机80%以上的推⼒都是由直接排出外涵道的⽓体提供的。
风扇叶⽚⼀般是由钛合⾦以及复合材料制成。
其中，GE的风扇叶⽚⼀般都是碳纤维复合材料。
复合材料的⽐强度很⾼，所以发动机转速，⽐较⾼的复合材料是不存在强度问题。
GE90发动机复合材料风扇叶⽚:直径达3.124m.叶⾝与叶根⽤IM7中长碳纤维与韧性好的8511-7环氧树脂组成的被称为”⼤⼒神”的8511-7/IM7复合材料制成⼀整体。
在叶⾝的压⼒⾯上喷涂聚胺酯防腐涂层，在叶背上涂有聚胺酯漆。
为提⾼叶⽚抗⼤鸟撞击的能⼒，叶⽚前缘从上⾄下包有钛合⾦薄⽚，在叶盆尾缘位于叶尖1/3的⾯积上也包有钛合⾦薄⽚。
钛合⾦薄⽚是⽤3MAF191胶粘到复合材料的叶⾝上的。
为防⽌叶⽚在叶尖与尾缘处材料脱层，⽤Kevlar材料制成的线在叶尖与尾缘处进⾏了缝合。
第二章压气机
2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
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2.6 榫头
工作叶片通过榫头实现与轮盘的联接。因此，对榫的主 要设计要求是： 1)在尺寸小，重量轻的条件下，将叶身所受的负荷可 靠地传递给轮盘； 2)保证工作时片的准确定位和可靠固定； 3)应有足够的强度、适宜的刚性及合理的受力状态， 尽量避免应力集中 4)结构简单、装拆方便。 目前铀流式压气机转子叶片榫头形式有三种: A）燕尾式 B）销钉式 C)枞树式
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2.2轴流式压气机
轴流式压气机转子 转子是一个高速旋转对气流做功的组合件。在双转子涡 喷发动机中，压气机又分为低压转子和高压转子；在双转子 涡扇发动机中．低压转子就是风扇转子．或者是风扇转子和 低压压气机转子的组合。压气机转子一船是简支的，也有些 是悬臂 轴流式压气机静子
静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流器。在单 转子涡喷发动机中，压气机机匣由进气装置、整流器机匣 和扩压器机匣组成。在双转子压气机中，在风扇和压气机 之间还有一个分流机匣，将内、外涵道的气流分开；在高、 低压压气机之间有一个中介机匣，将气流由低压压气机顺 利引入高压压气机。
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
加强的盘式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓盘式转子由若干个轮盘，鼓简和前、后半轴组成。 盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。级间联接可采 用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。转子叶片、轮盘和 鼓简的离心力由轮盘和鼓筒共同承受．扭矩经鼓筒逐级传 给轮盘和转子叶片，转子的横向刚性由鼓筒和连接件保证。
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2.6 榫头
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2.6 榫头
槽向固定的方式很多，通常采用卡圈、锁片、档销等锁紧 方式或复合方式，也可利用其他结构件固定，如封严环、径向 销钉等。要根据具体结构和槽向力的大小来选择固定方式。
叶型受感部设计及结构优化
１ 引 言
进 行 航 空发 动 机 压气 机 级 间 参 数 测试 是 提 高压 气 机设 计 水 平 究 所测 试 计 量技 术 研 究 中心对 叶 型 受 感 部 的 设 计 、 作 、 准 及 制 校 性 能 优 化 等进 行 了 系 统 研 究 ， 并 应 用 于 压 气 机 试 验 ， 得 了 良好 获 效果。 本 文 介 绍 了 叶 型 受 感 部 的
ｔｎｅ ａｉｒ ｏ ｅｔ Ｔｅ ０ ｆｃｏ ａ ａ ｏ ｄ ｔ ｍ ｎｄ ｈ ｈ ａ ｅｔｄ ｔｅ ｕ ｎｌ ｃ ｂ￣ｉ ｔ ． ｈ ｍ ｒ ａｔｒ Ｗ Ｓ ｌ ｅ ｒ ｉｅ ，ｗ ｉ ｆ ｃｅ ｈ ｌ ｎ ｓ ｓ ｅ ｃ
ｍ ａｕｅ ｅ ｔ ｃ ｕｏｙｏ ｔｅａ ｏ ｅ ｉ ｒａ Ｔ ｅｓ ｕｔｒ ｏ ｔｅａｒ ｄｓｎｉｇａｅ ｅｓｒｍ ｎ ｃ ｒ ｈ ｉ ｉｓｎ ｎ ａｅ． ｔ ｃｕｅｆ ｈ ｉｏ ｅ ｓ ｒ ｏ ｃ ｆ ｆ ｒ ｌ ｓ ｇ ｈ ｒ ｎ ａ
部 和 总 压 叶型 受 感 部 。总 温 叶 型 受 感 部 的 敏 感 元 件 由测 量 罩 和 热 电偶 构 成 ， 中 热 电偶 丝 既 是 其
２ 叶 型 受 感 部 结 构 设 计 关
键 技 术
２ １ 叶型 受感部 结构 ．
的有 效手 段 ，测 量 结果 将 为 压 气 机 设计 改 进 和设 计数 据 库 充 实 提
供 试验 依 据 。 叶型受 感 部 结 构 简 单 ， 试数 据 可靠 ， 压 气 机 级 间 测 在 参 数测 量 中广 泛 采用 ，但 目前对 典 型结 构 的 叶型 受感 部 的性 能 和
叶 型 输 元 件 和支 撑 元 件组 成 ，其测 试 探 针 借助 于 压 气 机静
止 叶片 固定 。其 基本 结 构 形 式 如
航空发动机制造技术_整体叶盘
• 整体叶盘的工装设 计应能够满足角向 定位和分度的要求， 满足翻面定位夹紧 的要求，并能够满 足机床摆角后的行 程。右图为粗加工 时的状态及工装使 用的情景。
焊接后的整体叶盘 数控加工面临的困难是 切除摩擦焊产生的焊接 飞边，由于此飞边又细 又高又硬，铣削时很容 易崩刃，摩擦焊挤出的 飞边容易从根部折断而 将整体叶盘上的材料带 走，铣削效率极低。因 此采用线切割或其他方 式比铣削方式可能更合 适
有什么优点？
1 省去了传统连接的榫头和榫槽形式， 简化了航空发动机结构，可使压气机 重降30%，提高了发动机推重比。
2 提高了结构的气动效率
3 整体叶盘的刚性好，平衡精度高， 延长转子使用寿命和提高可靠性。
应用
• 新型航空发动机设计 中普遍采用整体叶盘 结构。例如F414发动 机(右图)采用了共5级 的整体叶盘。
• 2、 线性摩擦焊接法 --它是先将叶片夹 紧在轮缘的叶根上, 并使轮盘周向以高 速振动,在叶片和轮 盘叶根界面产生一 个窄的摩擦加热区， 当加热区的温度达 到要求的温度时即 停止振动,叶片与轮 盘固定直至固结在 一起。
• 此法要比用实体毛坯加 工法更经济。欧洲战斗 机的EJ200 发动机的3级 低压压气机(右图)的整 体叶盘是线性摩擦焊接 技术成功应用的顶极标 志。
。
整体叶盘数控加工工艺设计
• 1 选择合适的机床 • 2 设计专用工装 • 3 数控铣削加工工艺过程 • 4 选择合适的刀具 • 5 采取有效的减振与变形控制措施
• 对整体叶盘进行数 控铣削最理想的机 床应该是带转台和 主轴、能够摆角的 五坐标卧式加工中 心，并且主轴的摆 角范围要足够大， 能够实现立卧转换。
• 此外，顺铣方式能明显减少加工振颤。双 面加工、减少刀具长度能有效减少刀具振 颤。进、排气边缘很薄，安排在叶片有一 定刚性的精加工前进行加工，能减少变形 与振颤。选择合理的切削参数，调整转速 和进给速度，可有效控制振动。
整理航空发动机叶片
发动机叶片发动机与飞机1.发动机种类1）涡轮喷气发动机（WP）WP5、WP6、WP7、……WP132）涡轮螺桨发动机（WJ）WJ5、WJ6、WJ73）涡轮风扇发动机（WS）WS9、WS10、WS114）涡轮轴发动机（WZ）WZ5、WZ6、WZ8、WZ95）活塞发动机（HS）HS5、HS6、HS92.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）发动机的整体结构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-U或T-S图来表示发动机的热力过程:图1•发动机等压加热理想循环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。
航空发动机涡轮叶片故障分析与修理毕业设计
航空发动机涡轮叶片故障分析与修理毕业设计南京航空航天大学航空发动机涡轮叶片故障分析与修理学生姓名学号 021270160航空宇航学院学院飞行器设计与工程专业12 班级指导教师二〇一四年六月- 1 -南京航空航天大学本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目:航空发动机涡轮叶片故障分析与修理)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
尽本人所知，除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名: 2014年06月10日(学号):021270160- 2 -航空发动机涡轮叶片故障分析与修理摘要燃气涡轮是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一。
涡轮叶片分为涡轮转子叶片和导向叶片。
涡轮转子叶片是把高温燃气的能量转变为转子的机械功的重要零件。
工作时，它不仅被经常变化着的高温燃气所包围，并且还承受着高速旋转产生的巨大离心力、气体力和震动符合，可见涡轮转子叶片的工作条件十分恶劣。
导向叶片使燃气在通过其的过程中速度增加，压力及温度下降，气流方向改变。
虽然导向叶片是静止件，但是工作条件十分恶劣，除了受较大的气动力与不稳定的脉动符合外还处于高温燃气的包围之中，温度高，冷热变化大，温度不均匀严重。
它们的工作环境都十分恶劣，但是它们都是燃气涡轮发动机的重要组成，涡轮转子叶片还是发动机寿命的主要零件之一。
因此，对涡轮叶片的故障的研究是十分必要的，对涡轮叶片的维护是必不可少的。
关键词:燃气涡轮，叶片维护- 3 -Analysis and repair the fault of aero engineturbine bladeAbstractGas turbine is one of the important components of aero gas turbine engine. Turbine blade for turbine rotor blades and guide vanes. Turbine rotor blade is the important part of high temperature gas energy into mechanical work of the rotor. When working, surrounded by high temperature gas not only is constantly changing, and it also bear huge centrifugal force, the high-speed rotation of the gas force andvibration with visible turbine rotor blades, the poor working conditions. Guide vane gas increased faster in the process, the pressure and thetemperature drop, change of flow direction. Although the guide vane is stationary, but the work condition is very bad, in addition to theaerodynamic force large and unstable pulsation meet is in high temperature gas surrounded, high temperature, hot and cold changes, uneven temperature seriously. Their working conditions are very bad, but they are an important component of gas turbine engine, one of the main parts of turbine rotor blades or engine life. Therefore, research on fault of turbine blades is very necessary, maintenance of turbine blade is essential.Key Words:Gas turbine，Blade maintenance- 4 -目录摘要......................................................................3 第一章涡轮叶片的故障分析 (6)1.1 转子叶片的振动类型及其特征 (6)1.1.1 转子叶片的震动分类与基本振型 (6)1.2 涡轮叶片的常见裂纹 (7)1.3涡轮叶片的常见裂纹 (7)1.3.1 蠕变断裂 (7)1.3.2热疲劳断裂 (8)1.3.3 疲劳断裂.......................................................9 第二章飞机发动机叶片的维修技术 . (11)2.1 修理前的处理与检测 (11)2.1.1 清洗 (11)2.1.2 无损检测 (11)2.1.3 叶型的精确检测................................................12 2.3叶片修理技术 (12)2.2.1 焊接修理 (12)2.2.2热喷涂技术 (13)2.2.3 喷丸强化 (14)2.2.4 涂层修复 (15)结束语 (1)6 参考文献 (17)致谢...................................................................... .18- 5 -第一章涡轮叶片的故障分析涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一，是高温、高负荷、结构复杂的典型热端构件，它的设计制造性能和可靠性直接关系到整台发动机的性能水平耐久性和寿命。