钛铝合金叶片高温高速冲击损伤实验研究

来源：振动与冲击杂志2025年第22期北京时间：

作者：安昊,,，辛森，白春玉,,，张欣玥,,，惠旭龙,,，黄蓉,,，刘小川liuxiaochuan@cae.ac.cn,,，郑骁挺5

单位：1.中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室，西安710065；2.结构冲击动力学航空科技重点实验室，西安710065；3.陕西省飞行器振动冲击与噪声重点实验室，西安710065；4.中国人民解放军93170部队，西安710082；5.中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海200241

摘要：为研究航空发动机叶片在高温环境下受到外物冲击时的损伤机理，本文基于空气炮实验装置，提出了一种叶片外物高温高速冲击损伤实验方案，开展了钛铝合金低压涡轮叶片常温下钢弹珠、陶瓷弹珠的冲击实验以及高温下钢弹珠的冲击实验，得到了叶片的冲击损伤模式，并对损伤尺寸进行了定量分析。结果表明，本文提出的叶片高温高速冲击实验方案具有较好的实施性；叶片表面在冲击后产生一圆形凹坑损伤，当冲击速度达到一临界值时叶片背面会产生裂纹损伤，裂纹从撞击点扩展至叶片边缘；常温下，钢弹珠冲击叶片开裂的临界归一化冲击速度在0.52~0.55之间，明显小于陶瓷弹珠0.71~0.72的临界归一化冲击速度；高温下，因钛铝合金材料塑性的提高，钢弹珠冲击叶片致其开裂损伤的临界速度相较于常温提高约30%；同时，叶片的损伤模式随冲击能量的提高逐渐从仅有凹坑损伤转变为单裂纹损伤，最终逐渐演变为扩散性的多裂纹损伤。<br>

关键词：航空发动机；钛铝合金叶片；高温环境；冲击实验；临界速度；叶片损伤；裂纹损伤