近期，我实验室“高端装备智能感知与运维”科技创新团队宾光富课题组21级硕士研究生牛浩在航空涡轴发动机压气机叶片冰冲击损伤方向取得新进展，相关研究成果以“Investigation on damage mechanism of compressor blades in turboshaft engine induced by ice impacts at various locations”为题，发表于工程技术领域中科院二区学术期刊《Acta Mechanica Sinica》。该论文是在李超老师、陈安华教授、宾光富教授和龙仑高工联合指导下完成的部分研究成果。

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涡轴发动机是直升机的核心动力装置，直升机在高原及高寒地带执行灾后救援、物资运输、作战护航等紧急飞行任务时，空气中的冰雹和发动机进气流道积冰不可避免地伴随高速气流卷入发动机内部并撞击压气机叶片。由于涡轴发动机压气机转速高达45000r/min，冰块撞击压气机叶片极易引发扭转变形、撕裂、凹坑、缺口及断裂等问题[3,4]{ 赵振华, 2020 #308;Frankel, 201（ #613}，进而导致发动机熄火、叶片-机匣碰摩、转子振动超限等故障，危及直升机飞行安全{ 赵振华, 2020 #308;Frankel, 2012 #613}{ 赵振华, 2020 #308;Frankel, 2012 #613}。基于此，该研究以某型涡轴发动机动叶为例，采用有限元与光滑粒子流体力学耦合方法（FEM-SPH）建立了叶片冰冲击显示动力学模型。设计搭建基于二级轻气炮的冰冲击钛合金板实验装置对模型准确性进行了验证，开展了静止和设计转速下叶片的冰冲击损伤及动力学响应研究。研究结果表明，冰冲击钛合金板试验与仿真应力变化误差不超过10%，冲击应力的衰减趋势一致。静止状态下，冰从前缘叶尖到前缘叶根进行冲击产生的损伤先增大后减小，冰冲击叶片产生的塑性损伤、等效应力及动能损失在前缘66.7%叶高位置最大。设计转速下冰冲击位置越靠近叶尖产生的损伤越大，冰冲击叶片的塑性损伤、等效应力及动能损失均低于叶片静止工况。研究结论可为涡轴发动机压气机叶片结构强度设计及抗冰冲击防护提供理论参考和数据支持。

▲图片摘要

该研究受到了国家自然科学基金（52175091、52075165），湖南省国家自然科学基金项目（2023JJ30247），湖南省重点研发计划项目（2022GK2023号）；AECC独立创新专项基金（KY−1003−2021−0019）等项目支持。据悉，牛浩参与申报国家自然科学基金等科研项目，作为核心技术人员参与中车时代新材、湖南崇德科技有限公司等企业关于航空发动机叶片冲击损伤、发动机液压扭矩补偿系统、滑动轴承振动测试等项目攻关，在论文发表、专利撰写、项目研究、仿真分析和工程测试等方面积累了较为丰富的经验。