某压气机离心叶轮抗外物损伤研究

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002）

航空发动机在工作时，常常遭受到随高速气流吸入发动机的外来物损伤，这种外物冲击损伤(Foreign object damage，简称FOD)。外场使用条件下，因周围环境因素不可避免地有大量“外物”存在，使得外物损伤在航空发动机的使用中频繁发生。据统计因外来物损伤造成提前翻修的发动机占提前翻修总数的40%以上[1]。

外物冲击损伤主要表现为在叶片局部区域出现缺口、撕裂、凹坑或鼓包等形式，产生应力集中、残余应力或初始裂纹等[2]。发动机在工作时不仅受到起停形成的低周循环载荷，还受到气流激振引起的高周循环载荷，在循环载荷作用下，外物损伤部位可能会迅速形成疲劳裂纹，从而大幅度降低零件的寿命，造成叶片的疲劳失效。随着发动机设计技术的改进和发展（如更精确的有限元强度分析技术，更准确的寿命预测技术），特别是新材料、新结构的应用（如高强度钛合金、整体叶盘等），加上LCF载荷发生的频次较慢，容易控制和监测，LCF失效并不是导致风扇/压气机转子叶片产生故障和事故的主要因素。相反，由于发动机振动激励因素众多且有许多来历不明，各种阻尼机制及其变化规律十分复杂，使得叶片的高周疲劳载荷难以预测，因此，外物损伤主要影响叶片的高周疲劳寿命。

在发动机的设计及寿命预测中，必须考虑外物损伤对叶片疲劳寿命的影响，提高叶片抗外物损伤的能力，保证发动机不会因为外物损伤产生重大安全隐患，同时为损伤叶片的维修提供依据。……