涡轮叶片疲劳试验介绍

涡轮发动机是飞机的动力源。要确保飞机安全，涡轮发动机的可靠性至关重要。涡轮发动机的故障分析揭示了涡轮叶片故障可能对发动机造成的灾难性损坏，这取决于叶片的位置，从而使整架飞机都处于危险之中。涡轮叶片疲劳试验可以帮助工程师研究和改进涡轮叶片的材料和设计。

涡轮叶片在恶劣条件下长时间工作。持续承受机械应变和高温可能会导致疲劳累积，逐渐导致变形甚至裂纹。

因此，有必要在实验室模拟涡轮机叶片的工作环境，以评估叶片是否能够承受长期振动和高温。

叶片类型

飞机涡轮结构通常包括压缩机叶片和涡轮叶片。

飞机发动机的压缩机叶片通常较长，在室温下工作。叶片越大，第一共振频率越低，通常在其失效前需要更长的时间进行测试。

涡轮叶片位于燃烧室中，在运行过程中处于高温状态。模拟地面试验必须加热被测装置进行疲劳试验。

测试系统

环境测试系统由三部分组成：

• 振动控制：振动台、功率放大器、控制器、夹具、叶片（UUT）、数据采集系统
• 传感器：激光位移传感器、应变计
• 加热系统：隔热装置，加热装置。

位移传感器的选择

必须使用非接触式传感器测量叶尖位移，以便其特性不会发生变化。激光位移传感器是该应用的最佳选择。根据激光传感器放置的距离和要测量的最大位移，必须考虑以下规格。

• 测量范围：可测量的最大峰值位移。它应该大于被测叶片的移动，但不能太大，以保持适当的测量分辨率。
• 测量范围开始：从传感器到测量目标的最小距离。
• 中档：测量范围的中点。它是传感器和被测叶片之间的最佳距离。
• 测量范围结束：从传感器到测量目标的最大距离。
• 测量速率：应大于运动频率的两倍，以允许软件检测正确的频率。
• 模拟输出:一个必须具备的功能，允许用户发送位移信号给Spider-80X振动控制仪。

激光位移传感器的灵敏度由其测量范围和模拟输出范围决定。

夹具的选择

叶片夹具应根据其叶片尺寸和振动筛的插入模式进行设计。

• 选项1：两个螺钉拧紧
• 选项2：添加外壳和一个螺钉的选项1
• 选项3：选项1，顶部添加一个螺钉
• 选项4：三个螺钉拧紧

找到最小夹具扭矩

1. 试验在环境温度下进行。
2. 将被测叶片和夹具安装在振动台上。
3. 将振动台上的加速计设置为控制装置。
4. 激光位移传感器指向叶片尖端。
5. 计算加速计和位移传感器之间的传递函数（查找共振频率）。
6. 每个被测叶片在夹具上承受不同的扭矩。
7. 进行多次正弦扫频（低电平，5~10 g）以找到共振频率。根据叶片的规格，选择一个控制级别，以避免损坏被测叶片。
8. 对于每个叶片，以不同的扭矩在同一水平上进行多次正弦扫频。
9. 记录共振频率和扭矩（从扭矩扳手读取）。
10. 测试3~5个叶片
11. 绘制共振频率（Hz）与扭矩（N*m或in*lb）的关系图

图中显示共振频率变为常数。与恒定共振频率对应的最小扭矩为最小夹具扭矩。在进行涡轮叶片疲劳试验之前，用户应找到最小夹具扭矩。

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