GENX航空发动机复合材料叶片超声波检测

李毅洋

摘 要：新一代渦轮风扇发动机如GEnx采用的新型复合材料叶片，在耐久性、有效载荷性能上表现更优，且具有更低的营运成本，但其制造工艺及损伤检测方法也有别于传统涡扇发动机。采用超声波穿透法，配合恰当的检测辅助工具可以有效地对叶片损伤，特别是鸟击损伤进行评估，高效快捷的维护发动机。

关键词：复合材料;风扇叶片;鸟击损伤;超声波穿透法

一、GENX发动机情况

GEnx是由美国通用电气航空发动机公司开发的新一代低噪声、低污染、低成本的涡轮风扇发动机，它是基于成功驱动波音777的GE90发动机的经验开发的，是GE90的衍生型，在此基础上首创在风扇机匣以及风扇叶片上应用复合材料的先河，并在发动机涡轮材料应用上开展了多项创新。

GEnx风扇叶片的开发采用的是GE90–115B的设计方法，工艺包括：新的复合工艺造型、先进的传感器和数据采集系统、数据–信息转换技术、压缩成型工艺、高压固化工艺和模拟处理用的小尺度模型等。由400层预浸料带制成，从叶根到叶尖铺层逐渐减薄。由于尖锐边缘的复合材料有磨损的趋向，叶片的前缘、叶尖及后缘增包可以更换的钛包覆层。这种叶片边缘也可以将外物打伤能量分散到风扇复合材料中去。

二、GENX发动机复合材料叶片鸟击损伤分层检查

（一）超声波透射法原理

采用两个探头，分别放置在试件两侧，一个将脉冲波发射到试件中，另一个接收穿透试件后的脉冲信号，依据脉冲波穿透程度来判断内部缺陷的情况，称为透射法。

（二）检测区域确定

应首先对扇叶片、风扇旋转整流罩、支撑环、风扇低压压气机、气流通道垫圈和风扇低压压气机一级进口导向叶片进行特别详细的目视检查，评定损伤程度，及确定损伤区域。

（三）检测设备

Boeing手册中给出了15种推荐设备，并将设备所需控制参数的初始设置，用表格的形式，附带在手册中，工作者可以灵活选择仪器，并根据表格内容调试仪器。探头夹具P/N J055067G01，两个球型超声波探头，P/N RP25HS–3。

超声波仪器及检测工具

两个球型超声波探头，P/N RP25HS–3。探头在夹具上有两种安装方向，以便能顺利的完成横向及纵向的检测工作，安装时要特别的区分。安装时应使用提供的内六角进行拆装，注意保护橡胶外层。

（四）风扇叶片检查步骤

确保仪器的增益是在扫查灵敏度水平（标定增益+18dB），调试设备使在试块上人工分层的信号足以触发蜂鸣警报。

开始扫描，直到探头扫描区域至少6.0英寸的重叠（152.4毫米）。至少用1.0英寸（25.4毫米）进行标记，描速度应小于3.0英寸/每秒（76.2mm/s）。扫描过程中，确保叶片居中保持在夹具之间。监测探针头保它们保持垂直于表面。在扫描过程中，通过信号的幅度变化是正常现象。幅度变化范围从10%到100%或更多。这种现象通常是由于发生的厚度变化或材料成分的变化。

（五）检测完成后的检查校验

每隔一小时至少做校准检查，无论何时任何系统组件或操作者发生改变，或操作者认为在系统中可能发生了一些变化。单个扫描之间不需要进行校准。

（六）检测结果及损伤区域的判定

如果在仪器屏幕水平基线2.0和8.0之间有信号完全消失情况时，应对检查结果进行如下评估：

对信号完全消失的检测区域完成以下步骤：把仪器的增益设置为在0.9英寸厚的试块台阶上信号幅度是80%并增加18 dB。将探头继续置于可疑区域，并观察是否仍然有信号的损失。如果没有发现信号的完全消失，继续扫描。

如果在CRT水平基线2.0和8.0之间仍然出现信号完全损失的现象，则可以通过绘图识别完全丧失信号的可疑区域。对于可疑区域外信号幅值等于或小于100%满屏情况，可通过降低50%信号幅值的方法确定可疑区域的边缘;对于可疑区域外信号幅值大于100%满屏情况，可通过把信号幅值降低到100%满屏信号来确定可疑区域的边缘。

参考文献

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