FGH96合金高壓渦輪轉(zhuǎn)子超轉(zhuǎn)破裂試驗(yàn)驗(yàn)證及分析

李 根 郭 勇 佟文偉 李 瑩

（中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

0 引言

長(zhǎng)期處于高轉(zhuǎn)速、高溫工作環(huán)境中的高壓渦輪轉(zhuǎn)子是航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)最重要的組成部分。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能要求的不斷提高，渦輪前溫度不斷增加，傳統(tǒng)的鎳-鉻-鐵基變形高溫合金高壓渦輪盤(pán)難以滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。FGH96合金是第二代損傷容限型粉末高溫合金，具有良好的綜合力學(xué)性能[1]，F(xiàn)GH96合金高壓渦輪盤(pán)和封嚴(yán)盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異性能、高可靠性和耐久性必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)。

國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 241A—2010[2]要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，不應(yīng)發(fā)生災(zāi)難性破壞，高壓渦輪轉(zhuǎn)子應(yīng)按照規(guī)定的方法和程序進(jìn)行超轉(zhuǎn)和破裂試驗(yàn)。為降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和成本投入，在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)高壓渦輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算與分析，以確定其能否通過(guò)試驗(yàn)考核。該文采用工程實(shí)踐中常用的平均應(yīng)力法[3-5]、局部塑性應(yīng)變法[6]對(duì)高壓渦輪轉(zhuǎn)子渦輪盤(pán)和封嚴(yán)盤(pán)在超轉(zhuǎn)、破裂試驗(yàn)工況下的強(qiáng)度儲(chǔ)備進(jìn)行計(jì)算與分析，通過(guò)在旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器上的超轉(zhuǎn)、破裂試驗(yàn)，驗(yàn)證了FGH96合金高壓渦輪轉(zhuǎn)子能夠滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

1 分析方法

1.1 平均應(yīng)力分析

平均應(yīng)力法[3-5]是基于線彈性分析的一種方法，該方法認(rèn)為當(dāng)輪盤(pán)周向平均應(yīng)力達(dá)到材料極限強(qiáng)度時(shí)，輪盤(pán)沿子午面破裂；當(dāng)輪盤(pán)關(guān)鍵截面的徑向平均應(yīng)力達(dá)到材料極限強(qiáng)度時(shí)，輪盤(pán)將在該截面處沿圓柱面發(fā)生破裂。

子午面平均周向應(yīng)力按面積進(jìn)行加權(quán)平均，需要考慮輪盤(pán)幾何形狀引起的周向應(yīng)力分布不均勻和材料分散性的影響，采用路徑積分求得輪盤(pán)關(guān)鍵截面最大平均徑向應(yīng)力[7]。……