[发明专利]一种涡轮叶片的飞脱断裂位置和飞脱断裂转速的定制方法

说明书

本发明公开了一种具有定制飞脱断裂位置和飞脱断裂转速的涡轮叶片，包括顺次连接的叶身、缘板、伸根和榫头，所述伸根的两侧表面均具有凹陷部分，该两侧表面分别形成的凹陷部分形状相同且对称设置，两个凹陷部分在伸根上形成用于飞脱断裂的应力集中区域。该涡轮叶片将飞脱断裂位置定制于伸根上，且飞脱断裂的转速低于轮盘破裂的转速，使得涡轮叶片先于轮盘飞脱断裂。避免了轮盘破裂，从而防止非包容事故的发生。同时，本发明还公开了一种上述涡轮叶片的定制方法，仅需要伸根部位做切除材料处理，方法简单、成本低廉且易于实施。

技术领域

本发明属于航空涡轴发动机领域，涉及一种具有定制飞脱断裂位置和转速的蜗轮叶片及定制方法。

背景技术

航空涡轴发动机中的涡轮是一种高速旋转的复杂热动力机械，其包含大量的高速转子部件。若这些转子部件由于存在制造缺陷、受到外物撞击或者材料受到疲劳的影响而发生轮盘破裂、叶片断裂飞脱等故障，飞断的转子碎片将在离心力的作用下以极高的速度飞出撞击机匣，对机匣造成剧烈的冲击和严重的损伤。若机匣强度不够，不足以将飞断的转子碎片包容在其内部，碎片将有可能击穿机匣，飞出发动机，使发动机失去动力。甚至进一步击中飞机上的油路、控制电路或其他飞机结构件，对飞机造成更为严重的破坏。

轮盘是航空涡轴发动机涡轮中的重要零件，由于发动机在加速过程中转速瞬时超过、控制系统失灵、轴断裂或其他异常原因，均可能导致轮盘超转，甚至破裂。目前国内外的资料统计，所有的轮盘破裂机匣无法包容均属于非包容性故障。涡轮叶片环绕并紧固在轮盘周围，随着轮盘高速旋转，叶片在高速旋转下假如发生飞脱断裂，机匣可以包容飞脱的叶片碎片，防止非包容事故带来的危害。所以在航空发动机转子部件强度失效的事故中，轮盘破裂事故的危险性远远高于叶片飞断事故。然而涡轮叶片飞脱断裂的临界转速高于涡轮盘的临界破裂转速，随着涡轴发动机的转速增加，轮盘要先于涡轮叶片飞脱破裂，轮盘碎片被高速甩出，向机匣包容环冲击，无法达到包容效果而造成不堪设想的后果。为了防止此类非包容事故的发生，有必要对涡轮叶片作出一定的改造。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有定制飞脱断裂位置和飞脱断裂转速的涡轮叶片，该涡轮叶片将飞脱断裂位置定制于伸根上，且飞脱断裂的转速低于轮盘破裂的转速，使得涡轮叶片先于轮盘飞脱断裂。

同时，本发明还提供了上述涡轮叶片的定制方法。

技术方案：本发明所述的一种有定制飞脱断裂位置和飞脱断裂转速的涡轮叶片，包括顺次连接的叶身、缘板、伸根和榫头，所述伸根的两侧表面均具有凹陷部分，该两侧表面分别形成的凹陷部分形状相同且对称设置，两个凹陷部分在伸根上形成用于飞脱断裂的应力集中区域。

有益效果：该涡轮叶片通过在伸根部位对称设置凹陷部分，使其横截面面积减小。由于缺口效应而形成应力集中区域，产生结构疲劳的薄弱环节，从而降低涡轮叶片的飞脱断裂临界转速，并使其低于轮盘的临界破裂转速，使得涡轮叶片先于轮盘飞脱断裂。当叶片飞脱断裂时，轮盘转速降低，受到的离心力减小，避免了轮盘破裂，有效的防止非包容事故的发生，保障飞机发动机的安全可靠性能。并且，通过改变凹陷部分的大小和深度，可以灵活的调整飞脱断裂临界转速。

进一步的，所述应力集中区域处的伸根的横截面呈工字型。从而在减小伸根截面面积的同时，减小对伸根刚度的影响。

而本发明所述的一种上述涡轮叶片的定制方法所采用的技术方案包括下述步骤：

(1)先预定涡轮叶片的飞脱断裂转速

(2)在伸根上预先确定飞脱断裂截面的位置；

(3)根据公式求得涡轮叶片飞脱断裂所受到的离心力F；其中，m_p为自飞脱断裂截面向叶身方向的涡轮叶片的质量，r为自飞脱断裂截面到涡轮叶片质心的长度；

(4)根据公式求得飞脱断裂截面的横截面积A；其中，σ_u为涡轮叶片材料的极限拉伸强度；