本文針對實際使用中航空發(fā)動機渦輪葉片斷裂的故障，從理論上分析造成斷裂的機理，分析實際中引起渦輪葉片斷裂的原因，并提出預(yù)防措施，對飛行安全起到一定的參考價值。渦輪葉片是航空發(fā)動機最主要的結(jié)構(gòu)件之一，由于其長期工作在高溫燃?xì)獍鼑拢惺苻D(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時葉片自身的離心力、氣動力、熱應(yīng)力以及振動負(fù)荷，是發(fā)動機中工作條件最為惡劣的零件。在實際的使用過程中，由于各種原因，渦輪葉片可能發(fā)生斷裂。當(dāng)渦輪葉片斷裂時，不僅會出現(xiàn)發(fā)動機振動進(jìn)而引起飛機振動，還會打壞其他機件、甚至導(dǎo)致飛機著火等現(xiàn)象，這將嚴(yán)重影響到飛行安全。長期以來，由于渦輪葉片斷裂引發(fā)的飛行事故在飛行中屢見不鮮。本文從渦輪葉片的工作條件出發(fā)，分析了引起渦輪葉片斷裂故障的原因，并舉例分析，在此基礎(chǔ)上指出預(yù)防措施。

一、渦輪葉片故障機理

從理論上看，渦輪葉片斷裂的故障機理有疲勞、超應(yīng)力、蠕變、腐蝕、磨損等。

1.1 疲勞

發(fā)動機工作時，由于經(jīng)常起動、加速、減速、停車以及其他條件的影響，發(fā)動機內(nèi)流擾動、自激振動、流動畸變、轉(zhuǎn)子不平衡、燃?xì)鉁囟确植疾痪燃钜蛩氐淖饔茫瑫箿u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。其中，高周疲勞是指失效循環(huán)數(shù)范圍在105—107周次的疲勞。低周疲勞是指失效循環(huán)數(shù)低于104—105周次的疲勞。高周疲勞和低周疲勞都能夠引起渦輪葉片斷裂，實際使用中，斷裂還會來自于高低周復(fù)合疲勞[1-3]。熱疲勞是來自于渦輪葉片溫度的循環(huán)變化。渦輪葉片的溫度的循環(huán)變化來自于燃?xì)鉁囟鹊淖兓?

1.2 超應(yīng)力

渦輪葉片的組成包括葉根、葉身和葉冠。由于其形狀的不規(guī)則，葉片中存在應(yīng)力集中部位。盡管在設(shè)計中已經(jīng)采取了一些措施，實際上，超應(yīng)力仍然是造成渦輪葉片斷裂的一個原因。

1.3 蠕變

高溫環(huán)境下，蠕變斷裂是渦輪葉片主要的失效形式之一。隨著渦輪后燃?xì)鉁囟葟?0世紀(jì)50年代的1150K增加到現(xiàn)在的2000K，蠕變將導(dǎo)致葉片的塑性變形過大甚至產(chǎn)生蠕變斷裂。高溫時，溫度僅增加15℃，其蠕變斷裂壽命就會縮短一半[4]。對于設(shè)計好的渦輪葉片來說，使用中一旦發(fā)動機進(jìn)入超溫狀態(tài)，如果不進(jìn)行維修換件，必將危及飛行安全。

1.4 腐蝕

腐蝕來自于葉片所受的高溫燃?xì)狻８邷厝細(xì)鈱θ~片的腐蝕既包括沖刷造成的腐蝕，也包括高溫燃?xì)鈱饘偃~片的氧化腐蝕。腐蝕會降低葉片的性能，當(dāng)腐蝕達(dá)到一定程度，葉片材料性能不能滿足要求時，就會發(fā)生斷裂。

二、影響渦輪葉片壽命的原因

渦輪葉片使用壽命終結(jié)的特征有：葉片出現(xiàn)影響發(fā)動機使用功能的超出設(shè)計允許的變化，或者葉片損傷積累到所允許的極限。在實際的應(yīng)用中，葉片從生產(chǎn)到應(yīng)用的過程復(fù)雜，涉及到的因素多，往往會由于各種原因引起葉片發(fā)生斷裂。

2.1 制造和材料缺陷

受發(fā)動機高性能、工作安全性、可靠性以及壽命的要求，渦輪葉片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。但由于葉片型面的復(fù)雜性，呈葉身扭曲彎度，葉片內(nèi)有冷卻通道等特點，葉片復(fù)雜曲面的加工困難，加工精度不易保證。目前存在葉片加工變形、精度低、表面質(zhì)量低等問題。具體體現(xiàn)在：葉片的波紋度和截面形狀精度難以控制；葉片之間一致性差；葉片內(nèi)殘余應(yīng)力、裝夾因素引起的變形；表面完整性難以保證等。某型發(fā)動機在外場使用570小時25分，返廠排故時進(jìn)行熒光檢查，發(fā)現(xiàn)有一片高壓一級渦輪轉(zhuǎn)子葉片葉身中部靠近排氣邊葉背面上有一橫向裂紋，裂紋長約5mm。經(jīng)理化檢測分析，裂紋宏觀微觀特征呈熱疲勞裂紋特征。疲勞裂紋的產(chǎn)生與部分陶芯變形或偏斜，葉片外型面過拋造成的葉背壁厚偏薄造成。葉背壁厚超差葉片裝機的原因是由于生產(chǎn)公司檢測錯誤，造成葉片生產(chǎn)質(zhì)量不過關(guān)。

2.2 裝配和維修誤差

裝配誤差是指由于加工過程中零件內(nèi)部形成的殘余應(yīng)力因素影響，裝配面出現(xiàn)接觸不良，配合面例如葉片與渦輪盤榫槽間隙超差等。實踐表明，上述誤差累積至最終裝配誤差，將不可避免的要影響發(fā)動機的性能。維修誤差與之類似，只是產(chǎn)生的過程是在維修過程。

2.3 外來物損傷

對于發(fā)動機來說，外來物損傷一方面是指在飛行過程中發(fā)動機吸入異物，地面滑跑過程中進(jìn)氣道內(nèi)留有異物等，也包括飛行過程中發(fā)動機內(nèi)部其他部件故障后，可能產(chǎn)生的殘片造成的損傷。但是，對于渦輪葉片來說，由于其距離進(jìn)氣道和壓氣機較遠(yuǎn)，其外來物損傷主要是指發(fā)動機內(nèi)部其他部件故障后，例如燃燒室掉快等，產(chǎn)生的殘片進(jìn)入渦輪后打傷甚至打斷葉片。

2.4 超限

超限包括超溫和超轉(zhuǎn)。超溫是指渦輪后燃?xì)鉁囟瘸^規(guī)定值，此時，燃燒室出口溫度必定過高，溫度過高會使渦輪葉片承受的熱載荷增大。超轉(zhuǎn)是指發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過最大轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速過大會使渦輪葉片承受的離心載荷過大。當(dāng)載荷超過葉片所能承受的最大載荷時，葉片就會斷裂。一般說來，超轉(zhuǎn)勢必引起超溫。在葉片斷裂失效案例中，由于超溫造成葉片斷裂失效占的比例并不最高，但其危害很大，瞬時的超溫即可造成某個葉片折斷從而打斷其他葉片，乃至整臺發(fā)動機無法工作。某飛機在完成地面通電檢查、9min地面開車、武器系統(tǒng)的檢查和加載后飛機離地。在離地約3秒時，尾噴管出現(xiàn)大量油霧，隨后出現(xiàn)火焰，緊急停車。對此發(fā)動機分解檢查，發(fā)現(xiàn)燃?xì)鉁u輪一、二級葉片全部斷裂，原因是由于葉片在異常高溫狀態(tài)下工作出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。

三、預(yù)防措施

為了保證飛行安全，除了嚴(yán)格把好生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)以外，平時在外場的維護(hù)和飛行中應(yīng)該做好以下預(yù)防措施[5]：

（1）飛機停放時，蓋好蒙布，堵好機頭蓋，防止雨水進(jìn)入發(fā)動機內(nèi)造成潮濕，銹蝕葉片。

（2）地面試車和飛機滑出時，要保證場道清潔，防止雜物、砂石進(jìn)入發(fā)動機內(nèi)部損傷葉片，造成疲勞源，使葉片產(chǎn)生裂紋或斷裂。

（3）飛行前后加強對葉片的外觀質(zhì)量檢查，按要求對葉身進(jìn)行無損探傷檢查。

（4）地面試車、飛行過程中操縱油門不能過猛，起動溫度、慢車溫度嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)；嚴(yán)格按試車曲線進(jìn)行試車，適當(dāng)延長冷、暖機時間，正確調(diào)整發(fā)動機性能參數(shù)；防止發(fā)動機超溫、超轉(zhuǎn)和超時使用。

四、夢能服務(wù)與支持

1、免費樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項目：驗證油漆配套的可行性、檢驗附著力、效果圖與實際顏色的色差。

用于維修項目：驗證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補：提供少量樣品用于修補破損處。

申請用量：在1KG以內(nèi)免費送貨上門。

2、免費打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實際應(yīng)用、外觀、性能測試，請與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢能科技營銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊

夢能對技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進(jìn)行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

零售：購買50kg以內(nèi)，線上購買，抖店直接下單購買。

工廠業(yè)務(wù)：長期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測、開具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項目保護(hù)。

業(yè)主、總包、設(shè)計院：提供防腐方案設(shè)計、性能檢測、施工方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。