ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лопатки компрессора из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Помимо того, оказалось, что при повышении усталостной прочности лопатки в районе бобышек ее разрушение происходило с некоторым опережением по полке, а далее в районе бобышек или этот процесс развивался одновременно. То есть изменение геометрии изменило напряженность лопатки, и ее разрушение происходило при большей наработке, но с другими закономерностями. Возникновение трещин но двум сечениям лопатки приводило к тому, что в результате разрушения по двум сечениям почти вся отделившаяся лопатка попадала в воздушный тракт двигате-пя. При своем движении в проточной части двигателя она создавала предпосылки для последующего механического повреждения остальных лопаток, что инициировало усталостное разрушения лопаток более высоких ступеней компрессора двигателя. Ранее имевшие место случаи разрушения лопаток по основанию у цапфы или у наружной полки не вызывали отделения всей лопатки, если не происходило отделения части лопатки по сложной траектории с возвращением к кромке лопатки, у которой она стартовала. В конечном итоге разрушение лопатки по двум сечениям приводило к отказу двигателя в полете, и такой вид дефекта уже стал опасным для работы двигателя. [c.575] Все это потребовало подробного изучения закономерности развития усталостных трещин в лопатках с оценкой периода их роста для обоснования периодичности возможного эксплуатационно- го контроля по одной или по двум указанным сече- ниям разрушения. Наибольший интерес в этой части представляла лопатка (см. п. 8, табл. 11.3), в которой произошло развитие двух трещин с очевидными коррозионными повреждениями поверхности самой лопатки. [c.575] Старт был дан трещинам от коррозионных повреждений в обоих сечениях, а закономерности роста трещины наиболее отчетливо были отмечены по сечению разрушения около цапфы. Разрушенная лопатка имеет номер 18 (в направляющем аппарате I ступени устанавливают 32 лопатки). Ее разрушение заключалось в разрушении пера в зоне наружной полки и у бобышки (внутренней j полки). Изучение сохранившихся обломков лопат- ки 18 выявило многочисленные коррозионные повреждения материала в зоне наружной полки и у бобышки с распространением на перо лопатки в обеих зонах. Коррозионные повреждения на ряде участков имели вид сыпи или отдельных глубоких язв размером более 1,0 мм по поверхности и более 1,0 мм в глубину материала. [c.575] Развитие трещины в зоне наружной полки. Внешний вид разрушенной лопатки в зоне наружной полки представлен на рис. 11.7. В зоне выход- ной кромки новерхность излома пластически де- формирована в сторону снинки и имеет вид, характерный для случая среза. Протяженность этого участка излома (условно участок 1) от кромки составляет примерно 20 мм. Какие-либо участки исходной поверхности излома не сохранились. [c.575] На следующем участке (условно участок 2) излом имеет форму изогнутой линии протяженностью примерно 18 мм. На этом участке также часть поверхности излома пластически деформирована, однако непосредственно вблизи спинки сохранилась узкая полоса исходной поверхности излома. Сохранившаяся часть излома представляла собой зону долома, образованную в результате практически сквозного прорастания усталостной трещины, зародившейся на предыдущем участке ( 1) излома пера лопатки. [c.575] Далее имеются два участка (условно 3 и 4) практически неповрежденного излома протяженностью примерно 25 и 50 мм. Первый из них имеет наклон к поверхности полки примерно 45-50°, а второй — 30-50°. Высота сохранившейся части входной кромки составила примерно 48 мм, если считать от наружной полки. [c.577] Разрушение по наружной полке произошло усталостным путем на всем сечении, так что зона долома лопатки практически отсутствовала. Очаг разрушения располагался в сечении недалеко от полки со стороны корыта у выходной кромки и был интенсивно поврежден после обрыва пера лопатки в результате его протаскивания по окружности НА . [c.577] Очаг был сосредоточен недалеко от кромки лопатки, и дальнейптее распространение трещины происходило вдоль поверхности лопатки, от которой произошло ее зарождение, с разворотом поперек сечения, что свидетельствует о преимущественно изгибной форме колебаний на начальном этапе разрушения. [c.577] Геометрически зона разрушения по верхней полке имела ступенчатый характер, что соответствует изменению в форме колебания лопатки по мере развития в ней усталостного разрушения. При этом рельеф излома на длине около половины сечения по направлению развития трещины однороден и на нем едва заметны усталостные линии, которые свидетельствуют о смене режима нагружения лопатки, например, за счет изменения скорости обтекания лопатки воздушным потоком. Лишь на длине трещины более 15 мм в зоне перехода от 3-го к 4-му участку имели место регулярные мезолинии усталости (рис. 11.6). На границе перехода ко второй переориентировке плоскости трещины также сформированы отчетливые усталостные макролинии. Они видны и на последующих участках роста трещины вплоть до долома. Между усталостными линиями наиболее грубой формы можно наблюдать блоки из более мелких усталостных линий. Число этих мелких линий колеблется от 2 до 5. Отдельные, едва различимые усталостные линии можно наблюдать и в дальнейшем по мере роста трещины. Общее число усталостных линий в этой зоне разрушения не превышает 30 штук. [c.577] По мезолиниям оценка длительности роста трещины не могла быть дана на этапе роста трещины до 50 мм, хотя их формирование даже на отдельных этапах роста трещины позволяет судить о длительности роста трещины, что составляет несколько сотен циклов. Указанная оценка соответствует наблюдаемым регулярным мезолиниям с шагом в пределах 2-3 мкм. [c.577] по параметрам рельефа излома лопатки у наружной полки можно было утверждать, что развитие в ней усталостной трещины происходило в течение нескольких сотен полетов ВС или циклов запуска и остановки двигателя. [c.577] Развитие трещины в зоне бобышки (внутренней полки). Внешний вид сохранившейся части лопатки и ее излом в зоне бобышки представлены на рис. 11.8. В зоне входной кромки излом проходит на расстоянии примерно 20 мм от торца пера лопатки, у выходной кромки излом проходит непосредственно по радиусу перехода от бобышки к перу. [c.577] Разрушение лопатки имеет усталостный характер на протяжении 2/3 вдоль хорды. Остальная часть 1/3 лопатки имеет долом от однократного или повторно статического приложения нагрузки. На участке распространения трещины имеются следующие особенности рельефа излома (см. рис. 11.76). На поверхности корыта, примерно в средней части хорды, имеются два самостоятельных участка усталостного излома протяженностью по поверхности 7 и 15 мм. Прорастание усталостных трещин произошло примерно до середины сечения в данной зоне. Со стороны спинки также имеется участок развития усталости протяженностью примерно 30 мм. Очаг этой усталостной. трещины расположен вблизи середины хорды. [c.577] Именно регулярно чередующиеся усталостные мезолинии были использованы д.ля оценки длительности роста трещины в лопатке. Около очага разрущеиия щаг (или расстояние между линиями) составил около 3 мкм, а у границы перехода к долому — около 10 мкм. Глубина прорастания усталостной трещины составила около 2 мм. На этом участке длительность роста трещины соответствует около 285 полетам или циклам запуска и остановки двигателя. Между усталостными линиями имеются б-локи более мелких усталостных бороздок, что типично для колеблющейся в воздушном потоке лопатки. [c.579] Сделанная оценка не противоречит классическим представлениям о соотношении между периодом зарождения и ростом трещин в области многоцикловой усталости. Для гладкой поверхности на пороге усталости период роста трещины составляет до 10 % от общей долговечности образца. По мере возрастания концентрации нагрузки доля периода роста трещины относительно всей долговечности возрастает и может составлять 100 % при статическом надрыве материала. В нашем случае наработка лопатки составила 886 полетов при многоцикловом разрушении. Если предположить, что трещина зародилась естественным путем в лопатке, период роста трещины составляет около 35 %. Эта оценка минимум в 3 раза завышена по отношению к указанным выше известным данным о соотношении между периодом роста трещины и полной долговечностью. Следовательно, именно коррозионное растрескивание материала вызвало существенное снижение усталостной прочности лопатки (в несколько раз) на этапе зарождения усталостной трещины и привело к ее преждевременному разрушению. [c.579] Все сказанное позволяет заключить, что общее разрушение лопатки от сосредоточенных очагов по обоим сечениям происходило в следующей последовательности. [c.579] Первоначально на поверхности лопатки в разных ее местах произошло коррозионное растрескивание материала. В зонах наибольшей концентрации нагрузки от изгибной формы колебаний произоптло зарождение и распространение усталостных трещин по двум сечениям около наружной полки и бобышки лопатки. Первоначальное разрушение на все сечение произошло около наружной полки лопатки, а разрушение у бобышки произошло в результате резкого возрастания нагрузок при уже развившихся усталостных трещинах от нескольких очагов, имевших место в результате коррозионного растрескивания материала. Длительность процесса разрушения всей лопатки составляет не менее 285 полетов после сформирования коррозионных изъязвлений поверхности. [c.579] Следует также отметить, что в большинстве исследованных случаев инициатором зарождения усталостных трещин являлись коррозионные повреждения материала лопатки в зоне выкружек. Для повышения защиты материала от коррозии зоны радиусов перехода от бобышки к перу лопатки стали подвергать дополнительной защите путем нанесения грунта ЭП-076 (на исследуемой лопатке это покрытие имеется, коррозионные повреждения расположены вне зон этого покрытия). Для дополнительного повышения антикоррозионной защиты предусмотрено нанесение эмали ЭП-586 на поверхность лопатки у двигателей экспортного варианта исполнения. [c.579] Вернуться к основной статье