[发明专利]一种航空发动机叶片抗FOD能力的评估方法

摘要

本发明涉及一种航空发动机叶片抗FOD能力的评估方法，该方法中对模拟叶片数值模型进行外物损伤的冲击动力学仿真，得到缺口宏观特征与外物类型、冲击速度、冲击角度之间的关系，并以此为数据依据确定外物损伤试验条件，利用空气炮对模拟叶片进行外模拟物损伤试验，观察冲击缺口的宏观微观特征；以叶片前缘危险位置工作载荷下的静应力与动应力作为高周疲劳试验的初始静载与动载，对损伤后的模拟叶片进行高周疲劳试验，通过步进法得到叶片的高周疲劳强度，根据高周疲劳试验结果评估叶片抗FOD能力；对少数的真实叶片进行模拟外物损伤及高周疲劳试验得到其高周疲劳强度，以验证模拟叶片与真实叶片试验结果的符合性。

主权项

1.一种航空发动机叶片抗FOD能力的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立被测试真实叶片的数值模型，并选择该数值模型中真实叶片前缘位置某一点作为动应力测试测点位置；提取此位置的模态应力σ_a1；提取动应力测试测点位置的模态应力σ₀₁，动应力测试测点位置真实应力σ₀；计算出测点位置工作载荷下的振动应力σ_a：同时，在该真实叶片的数值模型中获取该测点位置的静应力结果σ_m；(2)、根据步骤(1)中选取的叶片前缘测点位置的前缘半径R、前缘所成角度θ设计并制造出叶片前缘模拟试验件，并建立该叶片前缘模拟试验件的数值模型；(3)、在动力学分析软件中模拟不同材料、不同尺寸的外物以不同的冲击速度、冲击角度撞击叶片前缘模拟试验件数值模型的过程，得到损伤缺口的宏观特征与外物类型、冲击速度、冲击角度之间关系的仿真结果；(4)、根据航空发动机外场叶片的损伤数据统计或发动机叶片相关维修准则边界尺寸，确定需要考核的损伤严重程度指标，并对应该考核的损伤严重程度指标，选择步骤(3)中符合该考核的损伤严重程度指标的模拟外物损伤试验的外物类型、冲击速度、冲击角度后，采用空气炮发射外物，冲击叶片前缘模拟试验件而对叶片前缘模拟试验件造成损伤；(5)、通过高周疲劳试验设备对损伤后的模拟叶片进行高周疲劳试验；以步骤(1)中计算得到的前缘危险位置工作载荷下的静应力σ_m作为高周疲劳试验的静载，危险位置工作载荷下的振动应力σ_a作为高周疲劳试验动载，对损伤后的模拟叶片进行设计寿命N循环的高周疲劳试验；N为正整数；(6)、叶片抗FOD能力评估：如损伤程度相近的多件模拟叶片在N循环内发生疲劳断裂，则说明叶片在受到该种程度的得到损伤后的叶片对应寿命下的疲劳强度不能满足发动机工作载荷的安全性要求；若在N循环内未发生疲劳断裂，则采用步进法，每一步试验进行N循环，以此时的动载σ_a为初始动载，每一步的动载较上一步增加，直至发生疲劳断裂，得到损伤后试件指定寿命下的疲劳强度。