[發明專利]一種渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺及方法

有效

• 申請號: 202011637346.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112683476B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 翟超;張振;宋文杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06;G01M13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺及方法，包括：試件、垂直加載裝置、水平加載裝置、擾動加載裝置、裂紋圖像檢測裝置、液壓系統、電控系統及上位機軟件；試件包括葉片及渦輪盤試件，本發明在現有的單軸材料試驗機上，突破空間尺寸的限制，通過增加水平加載裝置及擾動加載裝置，擴展了對試件的多軸加載能力，能夠有效模擬出風扇葉片根部的實際受載形式；本發明可實現疲勞試驗過程中，控制對試件水平載荷與擾動載荷的施加，并可通過在試件表面貼應變片方式，結合圖像處理技術，實現在疲勞裂紋產生過程對試件應力應變等參數的測量。

技術領域

本發明專利涉及航空發動機技術領域，尤其涉及到一種針對于渦扇發動機風扇葉片根部燕尾榫頭多軸加載疲勞試驗臺及方法。

背景技術

風扇葉片是渦扇發動機的重要部件，它在發動機中處于最前沿位置。風扇葉片的形狀復雜，工作環境嚴峻；葉片在工作中會受到因高轉速旋轉形成的離心載荷及復雜的氣流擾動等多種復雜載荷作用[1-2]。目前的航空航天技術發展極為迅速，渦扇發動機大涵道比及大推重比性能突出，其對風扇葉片可靠性要求在不斷提高，各種不同的葉片失效問題越來越突出[3]。風扇葉片斷裂位置幾乎都位于葉片根部附近，在渦扇發動機結構設計中，風扇葉片根榫頭和渦輪盤上的榫槽構成一種燕尾榫連接結構，在葉片受載后，榫頭與渦輪槽之間的接觸面處于微動狀態[4]。

飛機從起飛、巡航到最后著陸過程中，發動機工作狀態會有一定變化，離心載荷使得葉片榫頭處產生頻率交的應力，與此同時，發動機運轉產生的振動和氣流擾動力會引起振動應力，但這種應力特點在于幅值小頻率較高[5]，由于發動機葉片根部形狀與載荷環境都比較復雜，在葉片根部榫頭與渦輪盤槽連接的微動條件下，葉片根部與渦輪盤槽的接觸區域一般都處于多軸應力狀態，近幾年國際上風扇葉片失效分析統計數據也表明，葉片根部疲勞失效原因幾乎都是高轉速離心力疊加異常振動應力的多軸載荷作用引起的[6]。

國內外目前開展了較多針對發動機風扇葉片根部與渦輪盤榫槽之間的榫連接結構的單軸加載疲勞失效研究。

[1]高慶.某系列發動機壓氣機轉子葉片技術壽命研究[J].航空發動機,2008(03):22-26.

[2]趙萍.航空發動機單晶葉片的多軸低周疲勞研究[D].中南大學,2011.

[3]楊瑞瑤.動機風扇葉片疲勞壽命計算及振動特性分析[D].電子科技大學,2014.

[4]Orly Leivia,Effects of shear load on fretting fatigue behavior ofTi-6Al-4V,Doctoral dissertation,University of Dayton，2003.

[5]唐鈴,尚柏林,高星偉,陳鵬飛,尹志鵬.某型發動機風扇葉片復合疲勞試驗加載系統的分析與測試[J].機械強度，2018,40(01):61-67.

[6]BERETTA S,ERNASCONI A,ARBONI M.Fatigue assessment of root failuresin HSLA steel welded joints:Acomparison among local approaches[J].International Journal of Fatigue,009,1(1):102-110.

發明內容

本發明技術解決問題：針對現有加載形式的不足，提供一種渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺及方法，能夠有效模擬出風扇葉片根部的受載形式；并結合圖像處理技術，實現對疲勞裂紋產生過程的監測。

本發明技術解決方案：一種渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺，包括：