SiC/SiC复合材料涡轮叶片结构设计及静强度评价

作者：石多奇; 刘长奇; 程震^*; 杨锐; **华; 栗尼娜; 杨晓光; 国怡泉

来源：航空动力学报, 2023, 38(01): 1-12.

DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210531

• 涡轮叶片
• 陶瓷基复合材料
• 结构设计
• 数字图像相关(DIC)法
• 静强度

以高温合金低压涡轮叶片为原型，研究了采用SiC/SiC复合材料进行该型涡轮叶片结构设计的可行性。完成了SiC/SiC叶片的宏观设计、榫头设计和细节设计。计算分析了金属和复合材料涡轮叶片的变形和应力特点。对按设计制备的SiC/SiC叶片开展了拉伸强度测试，并在试验中监测了叶片的应变。计算结果表明：SiC/SiC叶片在额定状态下的伸长量低于原金属叶片；叶身叶根与缘板过渡处应力水平最高，但低于SiC/SiC复合材料的拉伸强度；榫头榫颈处有发生局部剪切破坏的风险。试验结果表明：该SiC/SiC叶片的断裂明显呈现出拉伸失效模式，以断裂转速计算的静强度储备系数约为1.3；所采用的SiC/SiC叶片结构设计方法可行，所制备的复合材料叶片也顺利通过了实验室条件下的静强度考核。

• 单位
  中国航天科技集团有限公司; 北京航天发射技术研究所; 北京航空航天大学