CN114964784A - 飞脱试验叶片的设计方法、叶片及叶片飞脱试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞脱试验叶片的设计方法、叶片及叶片飞脱试验方法。其中，飞脱试验叶片的设计方法包括在最小飞脱转速与最大飞脱转速之间确定飞脱转速；基于静力学，根据所述飞脱转速所产生的离心力、以及叶片的材料强度极限，确定残余区域的第一宽度和第一厚度；基于动力学，根据确定的预期一阶临界转速，获得第二宽度和第二厚度；基于所述第二宽度和所述第二厚度，对所述叶片进行有限元分析，获得第三宽度和第三厚度；根据所述第三宽度和所述第三厚度，在飞脱试验叶片上开设减弱槽。该方法综合了静力学、动力学和有限元分析等多种手段，不断优化残余区域的尺寸，使得叶片实际飞脱转速接近事先确定的飞脱转速，保证飞脱试验的顺利进行。

Description

飞脱试验叶片的设计方法、叶片及叶片飞脱试验方法

技术领域

本申请涉及航空发动机试验领域，特别涉及一种飞脱试验叶片的设计方法、叶片及叶片飞脱试验方法。

背景技术

《航空发动机适航规定》CCAR33.94“叶片包容性与转子不平衡试验”条款规定航空发动机需要进行叶片飞脱试验，叶片飞脱技术主要包括飞脱转速的控制、飞脱质量的控制、飞脱控制技术的稳定性等。

目前常见的飞脱技术有两种，一种是在风扇叶片指定位置预置裂纹，保持部分连接，风扇旋转后随着转速的升高，离心力越来越大，在一定转速下风扇叶片飞脱；另一种技术是埋设炸药，当风扇转子达到指定转速后，引爆炸药使风扇叶片飞脱。

这两种飞脱技术都有各自的缺点，对于预置裂纹技术，其原理是离心力引起的飞脱，该技术能够精确的控制飞脱质量，但飞脱转速控制精度往往不足，经常发生提前飞脱的情况，其原因在于，现有技术中预置裂纹时若仅考虑离心力的作用，即仅考虑静力分析结果，容易使预留的连接部分强度不够，在未达到预期转速时就产生断裂、飞脱；如果预留部分过多，又可能导致预期转速下不飞脱的情况，难以使得叶片在预期转速区间内飞脱，难以达到飞脱试验的需求。

对于预置炸药的方法，虽然可以在指定转速下引爆，对对飞脱质量控制精度相对差一些，更重要的是爆炸产生的冲击对于飞脱后的载荷测量形成很大的干扰，另外，炸药也具有一定的危险性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中飞脱试验叶片的设计难以满足飞脱试验要求的缺陷，提供一种飞脱试验叶片的设计方法、叶片及叶片飞脱试验方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种飞脱试验叶片的设计方法，所述方法包括：

在最小飞脱转速与最大飞脱转速之间确定飞脱转速；

基于静力学，根据所述飞脱转速所产生的离心力、以及所述叶片的材料强度极限，获得两个所述残余区域总的截面积，根据所述截面积确定所述残余区域的第一宽度和第一厚度；

确定所述叶片的预期一阶临界转速；

基于动力学，根据所述预期一阶临界转速，修正所述第一宽度和所述第一厚度，获得第二宽度和第二厚度；

基于所述第二宽度和所述第二厚度，对所述叶片进行有限元分析，修正所述第二宽度和所述第二厚度，使得有限元分析得到所述叶片的一阶临界转速等于所述预期一阶临界转速，获得第三宽度和第三厚度；

根据所述第三宽度和所述第三厚度，在飞脱试验叶片上开设减弱槽。

在本方案中，基于静力学预估残余区域的尺寸(第一宽度和第一厚度)，再基于动力学，根据预期一阶临界转速修正残余区域的尺寸，获得第二宽度和第二厚度，最后根据有限元分析结果，再次修正残余区域的尺寸，获得第三宽度和第三厚度。该方法综合了静力学、动力学和有限元分析三种手段，不断优化残余区域的尺寸，使得叶片实际飞脱转速接近事先确定的飞脱转速，保证飞脱试验的顺利进行。

较佳地，所述基于静力学，根据所述飞脱转速所产生的离心力、以及所述叶片的材料强度极限，获得所述残余区域的第一宽度和第一厚度，采用如下公式：

其中，S为两个残余区域总的截面积，a₁为第一宽度，b₁为第一厚度，m为叶片飞脱部分的质量，r为叶片飞脱部分的质心到叶片旋转中心的距离，ω₀为飞脱转速，σ_b为叶片拉伸应力强度极限。

较佳地，所述基于动力学，根据所述预期一阶临界转速，修正所述第一宽度和所述第一厚度，获得第二宽度和第二厚度，采用如下公式：

其中，a₂为第二宽度，b₂为第二厚度，ω_C1为预期一阶临界转速，ω₀为飞脱转速，R为减弱槽端部的孔半径，E为叶片材料的弹性模量，L为叶片飞脱部分的质心到减弱槽的距离，m为叶片飞脱部分的质量，r为叶片飞脱部分的质心到叶片旋转中心的距离，σ_b为叶片拉伸应力强度极限，k为修正系数，且2<k<4。

较佳地，所述预期一阶临界转速大于所述飞脱转速、并小于等于所述最大飞脱转速。

较佳地，如果所述第三厚度与所述叶片的厚度不一致，则在所述残余区域与所述叶片中除去所述残余区域以外的区域之间设置圆角过渡结构。

较佳地，打磨所述减弱槽的边部，以降低所述减弱槽的边部的应力集中。

较佳地，两个所述残余区域的截面积大小相等、截面形状相同。

一种叶片，用于叶片飞脱试验，所述叶片由如前所述的飞脱试验叶片的设计方法得到。

一种叶片飞脱试验方法，所述方法包括：

提供采用如前所述的飞脱试验叶片的设计方法所制造的叶片；

在所述叶片的残余区域处设置应变片；

旋转所述叶片，并逐渐提高所述叶片的转速；

比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小，

其中，所述弹性极限应变对应于叶片材料达到拉伸应力弹性极限时的应变；

所述最小弹性应变极限转速为：具有利用静力学以最小飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于拉伸应力弹性极限时所对应的叶片转速；

所述最大弹性应变极限转速为：具有利用静力学以最大飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于拉伸应力弹性极限时所对应的叶片转速。

在本方案中，由于使用了采用如前所述的飞脱试验叶片的设计方法所制造的叶片，因此叶片实际的飞脱转速与预先确定的飞脱转速较为接近，有利于飞脱试验的进行，而且可以根据应变片测得的实时应变，得到转速与应变之间的关系，进而判断叶片飞脱时的实际转速。并且在试验时，可以通过判断实时应变是否达到弹性极限应变，改变叶片转速，使得叶片尽可能在最小飞脱转速与最大飞脱转速之间飞脱。

较佳地，所述比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小：

当所述实时应变达到所述弹性极限应变的80-100％时，若叶片转速小于所述最小弹性应变极限转速，则停止试验。

较佳地，所述比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小：

当所述实时应变达到弹性极限应变时，若叶片转速在所述最小弹性应变极限转速与所述最大弹性应变极限转速之间，则继续加速旋转叶片直至叶片飞脱。

较佳地，所述比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小：

如果叶片转速达到最小飞脱转速时，所述实时应变未达到决策应变阈值，则将叶片转速调整至一阶临界转速；

若实时应变增大至超过极限应变，则将叶片转速保持在一阶临界转速，直至叶片飞脱；

若叶片转速保持在一阶临界转速，实时应变仍未达到极限应变，则停止试验；

其中，所述决策应变阈值为：具有利用静力学以最大飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于最小飞脱转速时残余区域的理论应变值。

本发明的积极进步效果在于：本发明的飞脱试验叶片的设计方法，基于静力学预估残余区域的尺寸，再基于动力学，根据预期一阶临界转速修正残余区域的尺寸，获得第二宽度和第二厚度，最后根据有限元分析结果，再次修正残余区域的尺寸，获得第三宽度和第三厚度，该方法综合了静力学、动力学和有限元分析等多种手段，不断优化残余区域的尺寸，使得叶片实际飞脱转速接近事先确定的飞脱转速，保证飞脱试验的顺利进行；本发明的叶片飞脱试验方法，由于使用了采用如前所述的飞脱试验叶片的设计方法所制造的叶片，因此叶片实际的飞脱转速与预先确定的飞脱转速较为接近，有利于飞脱试验的进行，而且可以根据应变片测得的实时应变，得到转速与应变之间的关系，进而判断叶片飞脱时的实际转速。并且在试验时，可以通过判断实时应变是否达到弹性极限应变，改变叶片转速，使得叶片尽可能在最小飞脱转速与最大飞脱转速之间飞脱。

附图说明

图1为本发明一实施例的飞脱试验叶片的设计方法的流程图。

图2为本发明一实施例的叶片的结构示意图。

图3为图2的叶片的残余区域的截面示意图。

图4为拉伸试验时一般零件的应力应变曲线。

图5为本发明一实施例的叶片的一阶固有频率振型。

图6A与图6B分别为本发明两个优选实施例的叶片的局部结构示意图。

图7为本发明一实施例叶片飞脱试验方法。

图8为本发明一实施例的叶片的结构示意图，其中，残余区域上设置有应变片。

图9为本发明一实施例的叶片在进行飞脱试验时，应变片测得的实时应变与转速的关系图(一)。

图10为本发明一实施例的叶片在进行飞脱试验时，应变片测得的实时应变与转速的关系图(二)。

图11为本发明一实施例的叶片在进行飞脱试验时，应变片测得的实时应变与转速的关系图(三)。

图12为本发明一实施例的叶片在进行飞脱试验时，应变片测得的实时应变与转速的关系图(四)。

图13为本发明一实施例的叶片在进行飞脱试验时，应变片测得的实时应变与转速的关系图(五)。

图14为本发明一实施例的叶片的阻尼比对应变的影响。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例提供一种飞脱试验叶片的设计方法。本实施例还提供一种叶片10，该叶片10是根据本实施例的飞脱试验叶片的设计方法所制造得到，如图2所示，叶片的中部具有减弱槽1，减弱槽1延伸方向的两端的外部分别为叶片的两个残余区域2，叶片飞脱时在残余区域2处发生断裂，特别是在残余区域2截面积最小的位置。减弱槽1的两端各设置有一圆形孔3，以降低应力集中。

根据飞脱试验设计要求，可以获得叶片的最小飞脱转速ω₁与最大飞脱转速ω₂，在最小飞脱转速ω₁与最大飞脱转速ω₂之间选择飞脱转速ω₀，并基于该飞脱转速ω₀设计叶片的尺寸。优选地，ω₀＝(ω₁+ω₂)/2。

在叶片飞脱试验时，残余区域2在离心力下拉断(叶片材料达到强度极限σ_b)。如图3所示，叶片的残余区域的截面为矩形或近似矩形，截面的宽度为a、厚度为b，其中，截面的宽度方向与减弱槽的延伸方向相同，截面的厚度方向与叶片的厚度方向相同，在本实施例中，两个残余区域截面积大小相等、截面积形状相同，因此两个残余区域总的截面积S满足公式S＝2ab。根据材料的拉伸特性可知，在材料进入屈服阶段后，拉力略有增加，应变将有较大的增加，如图4所示，ε_e表示与零件拉伸至弹性极限应力σ_e对应的弹性极限应变，ε_b表示与零件拉伸强度极限应力σ_b对应的强度极限应变，ω_e表示达到弹性极限应变ε_e时的转速，ω_b表示达到强度极限应变ε_b时的转速。材料的弹性模量E、强度极限σ_b为已知条件，可根据离心力公式、拉伸截面的平均应力推导出图3中的残余区域总的截面积的计算公式：

其中，S为两个残余区域总的截面积，a₁为第一宽度，b₁为第一厚度，m为叶片飞脱部分的质量，r为叶片飞脱部分的质心20到叶片旋转中心30的距离，ω₀为飞脱转速，σ_b为叶片拉伸应力强度极限。由此，基于静力学，在飞脱转速ω₀确定的情况下，可以获得两个残余区域总的截面积S，并根据该截面积确定残余区域的第一宽度a₁和第一厚度b₁。

可以理解的是，利用静力学仅能够确定获得两个残余区域总的截面积S，但并不能唯一确定出第一宽度a₁和第一厚度b₁，可以参考叶片厚度确定第一厚度b₁，再利用面积关系确定第一宽度a₁。

叶片的一阶固有频率(对应于叶片的一阶临界转速)振型如图5所示，当叶片转速增加的过程中，如果出现一阶共振，则图4所示的应变—转速曲线会发生变化，如图14所示，ω_c表示共振转速，在共振转速下，应变峰值大小取决于叶片结构阻尼，阻尼比ζ越小，响应越大，图14中所示的阻尼比关系为ζ₁<ζ₂<ζ₃，但在设计时很难准确获取叶片结构的阻尼比ζ，另外，共振处的响应峰值还受升速率等因素的影响，这些都增加了飞脱转速设计的不确定性，为增强飞脱转速设计的可靠性，需要将叶片的一阶临界转速调整到要求的飞脱转速区间的最小值ω₁之上，并最好留一定的裕度；叶片的一阶临界转速取决于切割剩余连接部分的弯曲刚度，该刚度与ab³成一定的比例关系，因此可根据选定的一阶临界转速ω_C1以及S＝ab估算横截面厚度b的值，在厚度b的估算公式中有一个修正系数k，优选地，2<k<4。

具体在本实施例中，确定叶片的预期一阶临界转速ω_C1，并使得预期一阶临界转速ω_C1在飞脱转速ω₀与最大飞脱转速ω₂之间，基于动力学，根据前述预期一阶临界转速，修正第一宽度a₁和第一厚度b₁，获得第二宽度a₂和第二厚度b₂，具体采用如下公式：

其中，a₂为第二宽度，b₂为第二厚度，ω_C1为预期一阶临界转速，ω₀为飞脱转速，R为减弱槽端部的圆形孔3的半径，E为叶片材料的弹性模量，L为叶片飞脱部分的质心20到减弱槽的距离，m为叶片飞脱部分的质量，r为叶片飞脱部分的质心到叶片旋转中心30的距离，σ_b为叶片拉伸应力强度极限，k为修正系数，且2<k<4。

基于第二宽度a₂和第二厚度b₂，对叶片进行三维建模，并对叶片的三维模型有限元分析，有限元分析得到叶片的一阶临界转速(对应于一阶振动模态)，修正第二宽度a₂和第二厚度b₂，使得有限元分析得到叶片的一阶临界转速等于预期一阶临界转速，获得第三宽度a₃和第三厚度b₃。

在修正第二宽度a₂和第二厚度b₂时，一般而言，一阶临界转速主要取决于残余区域的厚度b，厚度增大则一阶临界转速增大，厚度减小则一阶临界转速减小，可根据有限元计算的结构在包装截面积S不变的前提下调整残余区域的厚度，使叶片的一阶临界转速尽可能地靠近设计目标ω_C1。如图6A与图6B所示，最终得到的第三厚度b₃可能与叶片的厚度不一致，例如在图6A中，第三厚度b₃大于叶片的厚度，则增加残余区域和减弱槽周边区域的厚度，使得上述区域的厚度大于叶片其他区域的厚度，或者，例如在图6B中，第三厚度b₃小于叶片的厚度，则减少残余区域和减弱槽周边区域的厚度，使得上述区域的厚度小于叶片其他区域的厚度。为避免出现台阶、造成应力集中，可以在残余区域以及减弱槽周边区域与叶片中除去残余区域以及减弱槽周边区域以外的区域之间设置圆角过渡结构5。

最终根据第三宽度a₃和第三厚度b₃，制造飞脱试验叶片。优选地，对叶片的减弱槽进行打磨处理，以降低应力集中，并尽可能减少较大初始裂纹发生的盖梁，减少大裂纹对于设计结果的影响，防止叶片在到达飞脱转速之前就提前飞脱、断裂。

本实施例的飞脱试验叶片的设计方法，基于静力学预估残余区域的尺寸，再基于动力学，根据预期一阶临界转速修正残余区域的尺寸，获得第二宽度和第二厚度，最后根据有限元分析结果，再次修正残余区域的尺寸，获得第三宽度和第三厚度。该方法综合了静力学、动力学、有限元分析、断裂力学等多种手段，不断优化残余区域的尺寸，特别是残余区域截面的尺寸，使得根据该方法所得到的叶片的实际飞脱转速接近事先确定的飞脱转速，保证飞脱试验的顺利进行。

此外，还可以在预期一阶临界转速ω_C1不变的前提下，还可以基于最小飞脱转速ω₁与最大飞脱转速ω₂设计备用的飞脱叶片，用于实际的飞脱试验。

如图7所示，本实施例还提供一种叶片飞脱试验方法，该实验方法利用如前的叶片，在叶片的残余区域处设置应变片6，然后旋转叶片10，并逐渐提高叶片的转速，可以根据应变片6测得的实时应变，判断叶片的状态，并根据该状态，对应调整转速，使得叶片飞脱试验顺利完成。具体地，通过比较实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小，其中，弹性极限应变对应于叶片材料达到拉伸应力弹性极限时的应变。

最小弹性应变极限转速定义为：具有利用静力学以最小飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于拉伸应力弹性极限时所对应的叶片转速，即，以最小飞脱转速作为飞脱转速，利用静力学计算得到叶片的残余区域截面积，使得具有该残余区域截面积的叶片旋转，叶片转速不断加速，当叶片达到拉伸应力弹性极限时，此时所对应的叶片转速就是最小弹性应变极限转速。

类似地，最大弹性应变极限转速定义为：具有利用静力学以最大飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于拉伸应力弹性极限时所对应的叶片转速。

由于使用了采用如前的飞脱试验叶片的设计方法所制造的叶片，因此叶片实际的飞脱转速与预先确定的飞脱转速较为接近，有利于飞脱试验的进行，而且可以根据应变片6测得的实时应变，判断叶片飞脱时的实际转速。并且在试验时，可以通过判断实时应变是否达到弹性极限应变，改变叶片转速，使得叶片尽可能在最小飞脱转速ω₁与最大飞脱转速ω₂之间的飞脱区间内飞脱。如图8所示，应变片6的位置覆盖残余区域的最小截面区域，以监测最薄弱区域的应变。若残余区域较小，可以仅设置一个应变片6，也能够满足监测要求，同时节省成本。应变片6也可以设置有多个，以提高监测精度。

通过应变片6，可以得到转速-应变曲线(如图9-图12所示)，图中，B点代表最小弹性应变极限转速，D点代表最大弹性应变极限转速。O点与B点之间的曲线代表离心力

除以残余区域截面积得到的应力曲线对应的应变曲线，O点与D点之间的曲线代表离心力

除以残余区域截面积得到的应力曲线对应的应变曲线，也就是说，OB曲线和OD曲线分别为利用静力学根据最小飞脱转速ω₁与最大飞脱转速ω₂计算得到的叶片理论预测的应变-转速曲线。类似地，OC曲线为利用静力学根据飞脱转速ω₀计算得到的叶片理论预测的应变-转速曲线。

下面以图9-图12为例，具体讨论飞脱试验方法在不同情况下的应用。

参见图9所示，在该试验中，转速-应变曲线落入OAB区间，当实时应变达到某一阈值时(实际试验时，该阈值可以为弹性极限应变的80％，85％，90％，95％或100％)，若叶片转速小于最小弹性应变极限转速，残余区域的应变就已经接近或达到了弹性极限应变，这意味着叶片可能提前飞脱，其主要可能的原因包括设计方面、制造方面、材料的真实力学特性等方面，例如叶片采用的材料强度极限σ_b大于材料真实的强度极限，或者是设计采用的材料弹性模量E与真实的材料弹性模量有偏差等，导致设计及加工出的叶片切割剩余截面积小于真实所需的剩余面积。为避免叶片发生塑性变形、甚至提前飞脱，可停止试验，进一步，还可以更换残余区域截面积S更大一些的备用叶片再次进行试验。

参见图10所示，在该试验中，转速-应变曲线落入OBD区间，表明当实时应变达到弹性极限应变时，叶片转速落在了最小弹性应变极限转速与最大弹性应变极限转速之间，这意味着设计、制造、材料的真实力学性能等方面都基本符合预期，那么，则可以继续加速旋转叶片直至叶片飞脱。如果能在设计飞脱转速ω₀附近飞脱，断口基本是拉伸断裂。

参见图11所示，在该试验中，转速-应变曲线落入ODE区间，在该试验中，转速接近或到达最小飞脱转速ω₁时，实时应变仍未达到决策应变阈值，其中，决策应变阈值为：具有利用静力学以最大飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于最小飞脱转速时残余区域的理论应变值，即图11中，OD曲线在最小飞脱转速ω₁时所对应的应变值。在这种情况下，试验与预测差距较大，这意味着叶片在飞脱区间内可能不会飞脱，其主要可能的原因同样包括设计方面、制造方面、材料的真实力学特性等方面，例如设计采用的材料强度极限σ_b小于材料真实的强度极限等，导致设计及加工出的叶片切割剩余截面积大于真实所需的剩余面积。在该情况下，可继续将转速增加至预期一阶临界转速ω_C1附近，并在该转速驻留观察应变幅值的变化，如果应变增大并超过弹性极限应变ε_e，如图12所示，则可借助临界转速下的共振实现飞脱，若在临界转速时飞脱，则断口可能还有一定的疲劳特征。

如果在预期一阶临界转速ω_C1时，实时应变增大不够，仍未超过弹性极限应变ε_e，则继续加速至最大弹性应变极限转速，若实时应变依然未超过弹性极限应变ε_e，如图13所示，说明设计及加工出的叶片切割剩余截面积大于真实所需的剩余面积，则需停止试验，进一步，可以更换残余区域截面积更小的备用叶片再次进行试验。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

在最小飞脱转速与最大飞脱转速之间确定飞脱转速；

基于静力学，根据所述飞脱转速所产生的离心力、以及叶片的材料强度极限，获得两个残余区域总的截面积，根据所述截面积确定残余区域的第一宽度和第一厚度；

确定所述叶片的预期一阶临界转速；

基于动力学，根据所述预期一阶临界转速，修正所述第一宽度和所述第一厚度，获得第二宽度和第二厚度；

基于所述第二宽度和所述第二厚度，对所述叶片进行有限元分析，修正所述第二宽度和所述第二厚度，使得有限元分析得到所述叶片的一阶临界转速等于所述预期一阶临界转速，获得第三宽度和第三厚度；

根据所述第三宽度和所述第三厚度，在飞脱试验叶片上开设减弱槽。

2.如权利要求1所述的飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，所述基于静力学，根据所述飞脱转速所产生的离心力、以及叶片的材料强度极限，获得所述残余区域的第一宽度和第一厚度，采用如下公式：

其中，S为两个残余区域总的截面积，a₁为第一宽度，b₁为第一厚度，m为叶片飞脱部分的质量，r为叶片飞脱部分的质心到叶片旋转中心的距离，ω₀为飞脱转速，σ_b为叶片拉伸应力强度极限。

3.如权利要求1所述的飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，所述基于动力学，根据所述预期一阶临界转速，修正所述第一宽度和所述第一厚度，获得第二宽度和第二厚度，采用如下公式：

其中，a₂为第二宽度，b₂为第二厚度，ω_C1为预期一阶临界转速，ω₀为飞脱转速，R为减弱槽端部的圆形孔半径，E为叶片材料的弹性模量，L为叶片飞脱部分的质心到减弱槽的距离，m为叶片飞脱部分的质量，r为叶片飞脱部分的质心到叶片旋转中心的距离，σ_b为叶片拉伸应力强度极限，k为修正系数，且2<k<4。

4.如权利要求1所述的飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，所述预期一阶临界转速大于所述飞脱转速、并小于等于所述最大飞脱转速。

5.如权利要求1所述的飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，如果所述第三厚度与所述叶片的厚度不一致，则在所述残余区域与所述叶片中除去所述残余区域以外的区域之间设置圆角过渡结构。

6.如权利要求1所述的飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，打磨所述减弱槽的边部，以降低所述减弱槽的边部的应力集中。

7.如权利要求1所述的飞脱试验叶片的设计方法，其特征在于，两个所述残余区域的截面积大小相等、截面形状相同。

8.一种叶片，用于叶片飞脱试验，其特征在于，所述叶片由如权利要求1-7中任意一项所述的飞脱试验叶片的设计方法得到。

9.一种叶片飞脱试验方法，其特征在于，所述方法包括：

提供如权利要求8所述的叶片；

在所述叶片的残余区域处设置应变片；

旋转所述叶片，并逐渐提高叶片转速；

比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小，

其中，所述弹性极限应变对应于叶片材料达到拉伸应力弹性极限时的应变；

所述最小弹性应变极限转速为：具有利用静力学以最小飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于拉伸应力弹性极限时所对应的叶片转速；

所述最大弹性应变极限转速为：具有利用静力学以最大飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于拉伸应力弹性极限时所对应的叶片转速。

10.如权利要求9所述的叶片飞脱试验方法，其特征在于，所述比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小包括：

当所述实时应变达到所述弹性极限应变的80-100％时，若叶片转速小于所述最小弹性应变极限转速，则停止试验。

11.如权利要求9所述的叶片飞脱试验方法，其特征在于，所述比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小包括：

当所述实时应变达到弹性极限应变时，若叶片转速在所述最小弹性应变极限转速与所述最大弹性应变极限转速之间，则继续加速旋转叶片直至叶片飞脱。

12.如权利要求9所述的叶片飞脱试验方法，其特征在于，所述比较所述应变片测得的实时应变与弹性极限应变之间、以及叶片转速与最小弹性应变极限转速和最大弹性应变极限转速之间的大小包括：

如果叶片转速达到最小飞脱转速时，所述实时应变未达到决策应变阈值，则将叶片转速调整至一阶临界转速；

若实时应变增大至超过极限应变，则将叶片转速保持在一阶临界转速，直至叶片飞脱；

若叶片转速保持在一阶临界转速，实时应变仍未达到弹性极限应变，则停止试验；

其中，所述决策应变阈值为：具有利用静力学以最大飞脱转速作为飞脱转速而计算得到残余区域截面积的叶片处于最小飞脱转速时残余区域的理论应变值。

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