杜大华，王 珺，王红建，贺尔铭

(1.液体火箭发动机技术重点实验室，陕西 西安 710100；2.西北工业大学 航空学院，陕西 西安 710072)

0 引言

涡轮泵是泵压式液体火箭发动机的“心脏”，涡轮作为泵的动力输入端，其性能和可靠性直接影响发动机乃至火箭的运载能力与安全性。与航空、船舶、汽车及其他工业装备相比，火箭发动机涡轮热部件服役环境极端严苛，它不仅要承受较大的稳态机械载荷与热负荷，还要承受很大的力热冲击以及燃气腐蚀等。涡轮中高低温区相邻并存的大温度梯度、高比功率、高能量密度输出与气—热—固多学科耦合等因素，使得涡轮成为发动机中故障率最高的组件之一[1]。例如，VULCAIN—Ⅱ发动机氧泵一级涡轮盘出现了裂纹[2]，SSME的HPFTP涡轮叶片断裂[3]，CF—2F涡轮一级轮盘在试车中发生穿透性裂纹导致氧泵爆炸[4]，以及我国某型发动机涡轮盘在多次试车中出现异常振动、多处裂纹等。疲劳破坏是结构最主要的失效模式之一，涡轮盘出现的疲劳裂纹将影响发动机安全运行[5]。涡轮盘是发动机的核心部件，一旦失效，其后果往往是非包容性或灾难性的，而涡轮的可靠性决定了发动机的工作可靠性[6]。目前，涡轮设计已逐渐向大推质比、轻量化方向发展。由于结构强度、疲劳寿命引发的故障将对发动机的工作可靠性与安全性造成严重的威胁；同时，为满足多次启动、重复使用发动机的设计需求，需要对涡轮盘的服役寿命进行准确量化分析。

据统计，SSME涡轮叶片的开裂主要由高温蠕变与高速旋转离心力引起，且启动、关机瞬态效应对涡轮叶片的影响很大。……