(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210902535.2 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 中国航发沈阳发动机 研究所 地址 110015 辽宁省沈阳市沈河区万 莲路1 号 (72)发明人 沈锡钢　张翠华　刘一雄　伊锋　 储建恒　吴向宇　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 王伟立 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种单晶高压涡轮 工作叶片评 定方法 (57)摘要 本申请提供了一种单晶高压涡轮工作叶片 评定方法， 用于评定单晶材料是否能够用于制造 高压涡轮工作叶片， 该评定方法通过开展单晶高 压涡轮工作叶片的振动特性仿真分析、 振动特性 试验、 振动疲劳试验以及高压涡 轮的温度场分析 及热冲击试验初步验证单晶材料的工作叶片是 否满足要求， 并通过整机试验修正上述分析或试 验过程， 全面考核单晶DD6 材料的技术成熟度， 评 判其是否可以满足高压涡轮工作叶片的使用要 求。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115292925 A 2022.11.04 CN 115292925 A 1.一种单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 用于评定单晶材料是否能够用于制造 高压涡 轮工作叶片， 其特 征在于， 所述评 定方法包括： 步骤一、 建立单晶高压涡轮工作叶片的振动特性仿真模型并开展振动特性仿真分析， 获得单晶高压涡轮工作叶片在工作转速范围内的最高频率范围和阶次， 根据所述最高频率 范围和阶次开展 单晶高压涡轮工作叶片的振动特性试验， 获得单晶高压涡轮工作叶片的振 动应力分布、 振型和模态阻尼， 并计算得到单晶高压涡轮工作叶片的实测频率， 通过所述 实 测频率与名义频率得到单晶高压涡轮工作叶片的频率分散度； 判断所述单晶高压涡轮工作叶片的频率分散度是否满足要求， 若所述频率分散度满足 要求， 则将单晶高压涡轮工作叶片的振动应力分布作为输入传 入至单晶高压涡轮工作叶片 的振动疲劳试验中； 若所述频率分散度不满足要求， 则修正单晶高压涡轮工作叶片的振动 特性仿真模型， 直至建立的振动特性仿真模型使得 频率分散度满足要求； 步骤二、 根据 单晶高压涡轮工作叶片振动特性仿真模型的仿真结果和振动特性试验结 果， 确定单 晶高压涡轮工作叶片的振动疲劳试验参数， 并开展所述单 晶高压涡轮工作叶片 的振动疲劳试验， 获得 单晶高压涡轮工作叶片的疲劳 极限； 对所有的单晶高压涡轮工作叶片进行检查， 若所述单晶高压涡轮工作叶片无裂纹或无 断裂， 则判断在给定的疲劳试验载荷下， 所述单晶高压涡轮工作叶片具备要求的疲劳强度； 若所述单晶高压涡轮工作叶片有裂纹， 则降低所述疲劳试验载荷并重新进行振动疲劳试 验， 直至所述单晶高压涡轮工作叶片能够达 到要求的疲劳强度循环次数； 步骤三、 开展高压涡轮部件的温度场分析获得基于理论分析的温度场， 结合温度场实 测结果对理论分析 的温度场进行修正， 形成基于实测结果修正的热冲击试验参数， 所述热 冲击试验参数包括热冲击循环周期及热冲击试验温度； 若单晶高压涡轮工作叶片在要求的热冲击循周期下通过热冲击试验， 且并未产生裂 纹， 则判断所述单 晶高压涡轮工作叶片具备满足热循环冲击要求的能力， 否则不断降低热 冲击循环周期数并修正温度场仿真分析模型， 直至获得单晶高压涡轮工作叶片的真实热冲 击循环周期数； 步骤四、 开展航空发动机整机动应力测量试验和测温试验， 根据整机动应力测量试验 和测温试验的实测数据， 不断修正包含所述单晶高压涡轮叶片的高压涡轮部件的振动特性 试验参数、 振动疲劳试验参数及热冲击试验参数； 步骤五、 完成整机试验后， 检查所述单晶高压涡轮工作叶片， 若所述单晶高压涡轮工作 叶片达到任务或设计要求， 则判断单 晶材料能够满足航空发动机的装机要求； 若所述单 晶 高压涡轮工作叶片未达到任务或设计要求， 则判断单晶材料不能满足航空发动机的装机要 求。 2.如权利要求1所述的单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 其特征在于， 根据单晶高压涡 轮工作叶片的振动特性仿真分析结果能够绘制所述单晶高压涡轮工作叶片的坎贝尔图， 通 过所述坎贝尔图能够确定所述单晶高压涡轮工作叶片在工作转速范围内的叶片最高频率 范围和阶次。 3.如权利要求2所述的单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 其特征在于， 所述单晶高压涡 轮工作叶片的振动特性试验中所使用的频率范围和阶次为获得 的所述单晶高压涡轮工作 叶片在工作转速范围内的叶片最高频率范围和阶次。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292925 A 24.如权利要求1所述的单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 其特征在于， 所述频率分散度 S的计算方法为： S＝(F实测‑F理论)/F理论 式中， F实测为通过单晶高压涡轮工作叶片振动特性试验获得的实测频率， F理论为通过理 论分析获得的单晶高压涡轮工作叶片名义频率。 5.如权利要求1所述的单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 其特征在于， 判断所述单晶高 压涡轮工作叶片能够达 到要求的疲劳强度循环次数的标准 为： 连续若干个所述单晶高压涡轮工作叶片在疲劳载荷下完成预定的疲劳强度循环数而 未发生破坏或未存在裂纹。 6.如权利要求5所述的单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 其特征在于， 所述若干的数量 不少于6个。 7.如权利要求4所述的单晶高压涡轮工作叶片评定方法， 其特征在于， 步骤五中， 检查 所述单晶高压涡轮工作叶片的内容包括： 叶片涂层、 基 体、 金相及是否存在裂纹。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292925 A 3