范秀杰 刘 伟 刘 涛

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司技术中心，辽宁 沈阳 110043）

1 前言

航空发动机高压涡轮工作叶片是发动机的重要零部件，它的功能主要是将燃气的动能与热能转换成旋转的机械能，涡轮转子叶片作为一个高速旋转的零部件，承受着很大的离心载荷、气动载荷及热负荷，但影响叶片使用寿命的最重要因素是振动与疲劳，通过研究叶片的振动特性，来分析叶片振动的主要因素，从而采取措施使叶片避开危险工作状态或减弱振动对叶片的影响，以保证叶片的强度。

某发动机高压涡轮工作叶片为新研制叶片， 根据试验任务书要求，需对叶片进行振动特性测试，为叶片振动监测、故障分析及排故提供依据。

2 测试系统

测试系统由电磁振动台、应力测量系统、振幅测量系统等组成。

3 试验件及试验状态

3.1 高涡叶片试验件由生产厂提供，振动特性试验前进行叶片称重。

图1 一阶弯曲振型

图2 一阶扭转振型

图3 应变片粘贴位置示意图

表1 1# 叶片一阶弯曲应力分布相对值（频率：1950Hz）

表2 1# 叶片一阶扭转应力分布相对值（频率：3451Hz）

3.2 叶片频率测量范围：600Hz～ 10000Hz。

3.3 计算参考值：一阶频率：2307Hz；二阶频率：3740Hz；三阶频率：8284Hz。

3.4 边界条件：叶片榫头处夹紧。

3.5 试验温度：室温。

4 振动特性试验

4.1 高压涡轮工作叶片固有频率测试

由于叶片频率较高，电磁振动台频率范围无法满足试验要求，故采用敲击法进行叶片高频测试研究，即通过振动信号分析系统对敲击叶片产生的振动信号进行自谱分析，根据试验要求计算出叶片的前三阶固有频率。

4.2 高压涡轮工作叶片振型试测试

采用电磁振动台抛砂法进行叶片振型测试，调整电磁振动台激振频率，当激振频率等于叶片的固有频率时，叶片产生共振，同时叶身出现明显的振型，由于振动台频率范围有限，叶片第三阶频率较高（f3=8361Hz），故振型无法做出。前两阶振型如图1、图2所示。

4.3 高压涡轮转子叶片应力分布测试

在一阶弯曲和一阶扭转振型下分别测量叶片叶身表面的应力分布情况。应变片粘贴位置如图3所示。

5 数据分析

5.1 本次试验共选用2片叶片进行，通过数据分析和对比，两片叶片的应力分布和振型完全一致。

5.2 叶片一阶弯曲应力最大点在叶片叶盆进气边根部。

5.3 叶片一阶扭转应力最大点在叶片叶盆进气边距根部10mm处。

[1]谢庆华，张宁蓉，张凯.某型航空发动机一级高压涡轮叶片三维有限元振动特性分析[J].航空维修与工程，2013（01）：75-78.