單晶高渦葉片高溫振動疲勞試驗研究

杜傳宇，姜 睿，杜鵬飛，劉躍聰，楊洪旭

(中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，遼寧 沈陽 110015)

1 引 言

航空發(fā)動機高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片長期在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的條件下工作，除承受轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力載荷、氣動力產(chǎn)生的氣動載荷外，還承受溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力[1]。當氣流激勵頻率與葉片固有頻率一致時還會發(fā)生較大應(yīng)力的共振，葉片長時間在共振狀態(tài)下工作，將產(chǎn)生疲勞損傷。因此，通過高循環(huán)疲勞試驗確定發(fā)動機葉片的疲勞強度，發(fā)現(xiàn)葉片結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，這對提升發(fā)動機的可靠性具有重要的作用。

單晶高渦葉片在常溫和高溫下的疲勞性能有較大的差距[2]。為了摸清葉片在工作狀態(tài)下的高循環(huán)疲勞強度，需進行高溫振動疲勞試驗。目前，國內(nèi)開展高溫疲勞試驗主要采用電爐和石英燈等設(shè)備，通過熱輻射的方式對試驗件進行加溫。韓增祥等[3]用電爐-水冷的方式研究了測定熱障涂層熱疲勞抗力的試驗方法，王則力等[4]應(yīng)用石英燈加熱的方式實現(xiàn)了渦輪葉片熱沖擊疲勞特性試驗的熱環(huán)境模擬。

近年來，高頻感應(yīng)加熱作為一種新的加熱方法，越來越多地應(yīng)用于大型鋼結(jié)構(gòu)成型工藝[5，6]和熱疲勞試驗研究中。相較于電爐和石英加熱方式，感應(yīng)加熱技術(shù)具有加熱速度快、效率高、易于實現(xiàn)目標溫度梯度分布、試驗參數(shù)方便測量等優(yōu)點[7]。李鳴等[8]通過仿真分析，給出了電磁感應(yīng)線圈壁厚對加熱效率的影響規(guī)律。梁文等[9]設(shè)計了感應(yīng)線圈，并使用U形鐵氧體精細調(diào)節(jié)溫度，完成了渦輪葉片的熱機疲勞試驗。……