[发明专利]一种航空发动机单晶涡轮叶片叶冠设计方法

权利要求书

1.一种航空发动机单晶涡轮叶片叶冠设计方法，其特征在于，包括：

叶冠啮合角设计步骤：

开展有限元分析，确定叶冠一阶振型下的振动方向角θ；

设定叶冠啮合角β，叶冠啮合角β大于叶冠一阶振型下的振动方向角θ的数目为5°～10°；

开展动应力测试，确定叶冠振动应力较大的振型是否为一阶弯曲，若否，则重新设定叶冠啮合角β；

判断叶冠长期工作磨损量是否满足全寿命设计要求，若否，则减小叶冠啮合角β，重新设定叶冠啮合角β；

叶冠工作面面积设计步骤：

确定叶冠工作面长度A=1/4•W/sinβ，其中，W为叶冠工作面宽度；

开展有限元分析，确定最大工作状态下相邻叶片叶冠盆、背侧径向变形差△；

设定叶冠工作面接触高度为H-△，其中，H为叶冠工作面高度；

按照相邻叶片叶冠间接触应力中值为30MPa，反求接触面积，进而得到叶冠工作面高度H；

判断叶冠长期工作磨损量是否满足全寿命设计要求，若否，则先增大叶冠工作面高度H，再增大叶冠工作面长度A，重新设计叶冠工作面高度H、叶冠工作面长度A；

叶冠预扭角设计步骤：

计算叶冠工作面法向间距L=2π×R/n×sinβ，其中，R为叶冠工作面半径高度，n为叶片数量；

开展有限元分析，在叶冠工作面法向施加200N，得到叶冠扭转角Ø；

计算叶冠扭转刚度K=200×L/Ø；

开展有限元分析，设定叶冠工作面自由，施加最大工况下的离心、温度、气动载荷，得到叶片回弹角，进而得出叶片回弹产生的挤压力；

开展有限元分析，得到叶片伸长以及叶冠膨胀变化产生的挤压力；

计算叶冠总挤压力M=0.0162×K+125.1；

从叶冠总挤压力中扣除叶片回弹产生的挤压力、叶片伸长以及叶冠膨胀变化产生的挤压力，反推得到叶冠预扭角α；

开展有限元分析，判断叶冠是否满足强度设计要求，若否，则重新设计叶冠预扭角α；

开展动应力测试实验，进行叶冠强度储备分析，若动应力超过50MPa，则增大叶冠预扭角α，若动应力小于50MPa，则减小叶冠预扭角α。

2.根据权利要求1所述的航空发动机单晶涡轮叶片叶冠设计方法，其特征在于，

还包括：

叶冠使用寿命校核步骤：

开展动应力测试实验，进行叶冠强度储备分析，若动应力储备大于1.67，则增大叶冠预扭角α，直至动应力储备为1.67，得到叶冠最大预扭角α_max，以叶冠最大预扭角α_max作为叶冠预扭角α；

开展动应力测试实验，进行叶冠强度储备分析，若动应力储备小于1.67，则减小叶冠预扭角α，直至动应力储备为1.67，得到叶冠最小预扭角α_min；

计算叶冠可用磨损量P=2πR/n×（sin（β+α_max）- sin（β+α_min））；

根据叶冠磨损试验或者实际使用记录的磨损曲线，得到叶冠工作时间与磨损量的关系，反推得到叶冠的使用寿命，若叶冠的使用寿命小于航空发动机寿命，则设计检修时间，对叶冠进行检修、更换。