8 航空发动机叶片故障及预防研讨会论文集 1 前言 黎明航空发动机公司批生产在役 发动机叶片故障及改进措施 黎明航空发动机公司，驻黎明航空发动机公司军代表室 航空发动机是飞机的“心脏”，而叶片又是航空发动机的关键部件，因此叶片的制造质 量和性能就成为影响发动机乃至飞机性能的关键因素之一由于发动机叶片在工作时受到气 流的冲击、高温燃气腐蚀、热应力等的综合作用，因此对叶片的制造质量和性能提出了很高 的要求近几年来，我公司制造的发动机叶片断裂故障时有发生为保证飞行安全并提高发 动机工作可靠性，我们做了进一步的研究工作，至今还在进行之中本文将近几年来发动机 叶片的断裂故障进行了总结及分析，并对几类典型故障应采取的措施进行了详细的阐述，旨 在为今后解决此类问题，并进一步避免此类故障的发生积累经验 2 典型故障情况、故障原因及改进措施 2 ．1W P 6 甲压气机三级转子叶片断裂故障 2 ．1 ．1 故障情况 w P 6 甲系列发动机压气机三级转子叶片断裂故障，是从W P 6 原型机带来的老故障在 原型机上曾采取了调频、喷丸等措施，使故障率大大降低，但未能彻底解决改甲型机后， 由于负荷加大，使三级工作叶片断裂故障的问题再度突出。
由于大改方案( 比如更改二级 静子叶片数) 难以实行，所以只能从多方面挖潜改进，以求控制三级转子叶片断裂故障的 发生包括第二次调频改进、限频使用，以及其后的两次降低限频值、两次提高慢车转速、 加强叶片表面加工质量控制和改进表面防护涂层等诸项措施目前，此叶片断裂故障率已明 显下降，但尚难根除，仍时有发生 2 ．1 ．2 故障原因 据研究，W P 6 甲系列发动机压气机三级转- - F 隆l P r 断裂故障的主要原因是慢车一扭共振 即慢车转速时，二级静子叶片尾迹所形成的激振频率，与三级转子叶片一扭固有频率相重 合，而产生共振所致腐蚀和打伤等因素加剧了故障的产生 2 ．1 ．3 近期两部文件及贯彻情况 近期两部文件： 动联[ 1 9 9 8 ] 8 号批复，《关于对W P 6 甲发动机三级压气机叶片断裂问题的批复》； [ 2 0 0 1 ] 装订字第1 6 6 号批复，( W P 6 甲发动机压气机二至五级叶片贯彻改进涂层及进 气支撑座加装隔热套管事》 黎明航空发动机公司批生产在役发动机叶片故障及改进措施9 贯彻情况： ( 1 ) 为贯彻动联[ 1 9 9 8 ] 8 号批复 1 9 9 8 年1 月1 8 日，以P 6 A G 0 1 7 0 6 5 号更改单，更改设计图P 6 A 0 1 1 3 3 。
规定从1 9 9 8 年1 月1 日起，新生产的三级叶片一扭自振频率控制在1 4 8 5 H z 以下( 车磨叶尖前) ，并要求最 终抛光的叶片进、排气边缘不允许有横向加工痕迹 1 9 9 8 年1 月1 8 日，以P 6 A G W 7 0 6 7 号更改单，更改修理文件P 6 A ．X W ．0 0 4 规定从 1 9 9 8 年1 月1 日起，大修机三级叶片一扭自振频率控制在1 4 9 2 H z 以下( 此前的控制值均比 前述高8 H z ) 1 9 9 8 年1 月1 8 日，以P 6 A G W 7 0 6 6 号更改单，更改测频说明书P 6 A ．S W ．0 4 8 从1 9 9 8 年初已贯彻测频标准件由原来不校验改为每半年校验一次 在三级叶片断裂故障仍时有发生的情况下，再次降低了控频值： 2 0 0 0 年1 1 月9 日批准发出P 6 A G 0 1 7 3 5 9 号更改单，更改设计图P 6 A 0 1 1 3 3 ，新品三级叶 片一扭自振频率控制在1 4 7 0 H z 以下( 车磨叶尖前) ，实际从2 0 0 1 年1 月1 日起贯彻执行 2 0 0 0 年1 1 月9 日批准发出P 6 A G W 7 3 6 0 号更改单，更改修理文件P 6 A ．X W ．0 0 4 ，大修 机三级叶片一扭自振频率控制在1 4 7 7 H z 以下，实际从2 0 0 1 年1 月1 日起贯彻执行。
( 2 ) 为贯彻[ 2 0 0 1 ] 装订字第1 6 6 号批复 2 0 0 2 年1 月1 5 日批准发出第P 6 A G 0 1 7 3 9 4 ／7 3 9 1 ／7 3 9 3 ／7 3 9 2 号四份更改单，将二至五级 铝叶片设计图P 6 A 0 1 1 3 2 A ／1 3 3 ／1 3 4 ／1 3 5 表面防护涂层由“7 0 1 1 ”漆改为新研制的“叶片绿 色防腐涂层( 2 0 0 1 ) ”，并规定从2 0 0 2 年1 月1 日开始执行 2 0 0 2 年1 月1 5 日向5 7 0 2 厂、5 7 1 1 厂技术处发出黎技设函[ 2 0 0 2 ] 0 0 2 号技术通知， 通报上述二至五级铝叶片设计图表面防护涂层的更改情况，并说明“大修机叶片涂层按设 计图要求执行” 2 ．1 ．4 关于提高慢车转速 第一次，由4 1 0 0 + 2 0 0 r ／m i n 提高到4 3 0 0 一l ∞r ／m i n ，1 9 8 9 年发出国内通报号：P 6 A 一8 9 — 4 1 0 —8 ；国夕h 通报号：W P 6 A 一0 0 0 0 一L 0 0 4 。
第二次，由4 3 0 0 —1 0 0 r ／m i n 提高到4 5 0 0 —1 0 0 r ／m i n ，1 9 9 6 年1 0 月发出国内通报号：P 6 A 一9 6 — 4 1 0 —1 1 ；1 9 9 7 年1 月发出国外通报号：W P 6 A 一0 0 0 0 一L 0 0 5 国内从1 9 9 7 年2 月开始实施 综上所述，动联[ 1 9 9 8 ] 8 号批复《关于对W P 6 甲发动机三级压气机叶片断裂问题的 批复》和[ 2 0 0 1 ] 装订字第1 6 6 号批复( w P 6 甲发动机压气机二至五级叶片贯彻改进涂层 及进气支撑座加装隔热套管事》中所要求的与三级压气机叶片断裂故障有关的措施已全部 得到贯彻落实 2 ．2W P 6 甲发动机压气机四级转子叶片榫头断裂故障 2 ．2 ．1 故障情况 1 9 9 9 年1 1 月至2 0 0 0 年1 1 月的一年间，集中发生了4 起7 片W P 6 甲( 0 3 ) 压气机第四 级转子叶片疲劳折断故障，其中除一起伴随有3 片断在叶身2 ／3 叶高处外，其余都有1 片断 在榫头部位，并具有明显的共同特点： ( 1 ) 均发生在四次大修以后的发动机上，总寿命都在4 6 0 小时以上； ( 2 ) 断口为高周疲劳，疲劳源集中在榫头上叶背侧距前端面1 2 ～2 2 m m 之间、约2 ／3 榫 1 0 航空发动机叶片故障及预防研讨会论文集 头高度范围内； ( 3 ) 疲劳源侧面，即榫头工作面疲劳源处，均有明显摩擦痕迹； ( 4 ) 故障叶片榫头底面均涂有黑色尼龙胶。
外场使用中，叶片集中在榫头部位折断十分罕见，它严重危及飞行安全，导致大批飞机 停飞，大量发动机停用 2 ．2 ．2 故障原因 空一所断口分析认为，该故障与叶片振动、叶片榫头与轮盘榫槽配合面接触不良以及存在微 动磨损有关振动特| 生计算结果分析表明，四级叶片最大应力点在叶身2 ／3 叶高处，慢车三阶共 振如果发生，可构成危险共振但此共振应使叶片断在2 ／3 叶高处，然而大部分却断在榫头 结合故障特点进行的故障分析表明，修理厂大修时为满足叶片摆动量要求在榫头底面涂 尼龙胶与长期使用的结果可使叶片自振频率有较大幅度下降，并且装配叶片时，保证不了叶 片榫头纵向平行度的要求( 不测量) ，因而易造成榫头与榫槽的非正常接触；为排除三级叶 片折断故障而提高的慢车转速又缩小了四级叶片的共振裕度，结果造成少数四级叶片落入慢 车共振共振发生时，不规则的尼龙胶和装配过程不规范引起的非正常接触容易导致微动磨 损加剧，大大降低疲劳寿命，是本次榫头断裂故障( 不是断在叶身) 的主要原因 2 ．2 ．3 上报文、“两部”批复及贯彻情况 空军装备部以[ 2 0 0 2 ] 装工字第6 1 号文件下发了{ w e 6 甲( 0 3 ) 发动机压气机四级叶 片断裂故障预防措施》的通知。
2 0 0 2 年3 月2 0E t ，黎明公司军、厂双方以黎技联报[ 2 0 0 2 ] 1 5 5 号文件上报“两部”， 请示将W P 6 甲系列发动机慢车转速由4 5 0 0 一，∞r ／m i n 调整为4 4 5 0 _ 5 0 r ／r a i n ，作为贯彻[ 2 0 0 2 ] 装工字第6 l 号文件的一项措施 “两部”以[ 2 0 0 2J 装订字第4 3 号《关于调整w P 6 甲系列发动机慢车转速事》对黎技 联报[ 2 0 0 2 ] 1 5 5 号进行了批复 按照[ 2 0 0 2 ] 装工字第6 l 号文件要求，于2 0 0 2 年3 月发出第P 6 A G W 7 3 9 7 号设计更改 单，对压气机部分的修理文件P 6 A ．X W ．0 0 4 “w P 6 甲( 0 3 ) 、( 0 8 ) 发动机修理技术要求 ( 压缩机) ”进行了更改，加强了对四级叶片无损探伤( 阳极化) 的检查；增加了四级叶片 总使用寿命不得大于4 5 0 小时( 含修后出厂的一个翻修间隔时限) 的要求 按照[ 2 0 0 2 ] 装订字第4 3 号文件要求，发出第P 6 A 一2 0 0 2 —4 1 0 —1 8 号技术通报，将 w P | 6 甲系列发动机慢车转速由4 5 0 0 一，0 0 r ／m i n 调整为4 4 5 0 埘r ／m i n 。
同时，向修理厂发出黎 技设函[ 2 0 0 2 ] 0 0 4 号《关于w P 6 甲系列发动机压气机第四级工作叶片修理的技术通知》， 在通知中通报了上述设计文件更改情况，强调了修理中的注意事项 注意事项为对修理文件未作规定的其他技术要求，应按设计文件和设计图的要求来检查、 修理和装配对于压气机工作叶片，特别是发生了多起榫头折断故障的四级工作叶片，在贯彻 所发更改单时，还须注意以下4 个问题：( 1 ) 在榫头底面涂涂层或去材料后，要保证“Ⅳ”尺 寸在榫头全长上的差值不大于0 ．0 1 5 m m ( 图纸上是以平行度的方式给出的) 我公司去材料后 用专用测具进行测量 2 ) 严格执行“叶片用手力进行装配，允许用手装入不小于1 ／3 槽长 度后采用质量不大于1 5 0 9 的小锤敲击来装配叶片”的技术要求( P 6 A 0 1 8 3 0 ) 注：工艺文件 应注明“安装铝叶片通过夹布胶木棒轻轻敲击”字样( 安装钢叶片可用铝冲棒) 3 ) 安装叶 片时，严格执行叶片摆动量0 ～1 ．1 m m 的有关规定( 这里的摆动量0 ，解释为排除过盈的情况， 黎明航空发动机公司批生产在役发动机叶片故障及改进措施1 l 我公司工艺规定为0 ．1 —1 ．1 m m ) 。
4 ) 榫头打伤，不准装机 贯彻上述措施后，W P 6 甲系列发动机压气机第四级工作叶片榫头断裂故障至今再未发生 2 ．3W P { 6 甲发动机压气机零级叶片裂纹故障 2 ．3 ．1 零级叶片的结构 为了提高压气机的喘振裕度，w P 6 甲发动机在压气机进V I 增加零级旋转导流叶片 w P 6 甲压气机零级叶片共2 0 片，6 片为主动叶片，1 4 片为从动叶片叶片由板料冲压成形 的叶盆、叶背、加强芯及机械加工件大、小头，经高温钎焊而成零级叶片的传动是由调节 机构扭动主动叶片，通过其叶身传扭带动从动叶片 零级叶片是w P 6 甲发动机改型设计的特点之一，在研制期间曾进行过扭转强度和疲劳 性能试验等在正常情况下，零级叶片是完全可靠的 2 ．3 ．2 故障情况 2 0 0 0 年1 月2 7 日在3 8 P 6 A 8 0 4 0 5 3 号发动机上发现1 片主动叶片、2 片从动叶片裂纹故 障，主动叶片裂。