概述
航空发动机作为“卡脖子”项目之一，其研发在国内得到极大重视。航空发动机中的叶片作为其重要组成，我国已经从早期的仿制发展到具备自研能力，赶超国际水平。
本文将重点介绍叶片的机械设计，核心内容包括静子、转子叶片的特征，叶片的机械和空气动力性能评估，以及空气动力学行为和叶片寿命的影响因素。
本文内容较为专业。文中将涉及叶片受到的载荷和应力计算，叶片与轴的动平衡，叶片频率的影响因素，如何预估共振风险、阻尼响应，等。
叶片名称
发动机剖面图：
叶片不同的部位都有独自的名称，如叶身、叶冠、叶榫等，因此通常会带上特征结构、功能作用一起命名，如带有叶冠的可调静子叶片，带燕尾榫的转子叶片。转子、静子叶片在压气机、涡轮中的英文名字也是不一样的。
从结构上看，压气机中的叶片可以是离心式的，也可以是轴流式的。涡轮中的叶片也有带冷却的，如下图，也有不带冷却。
设计过程
国内外都有成熟的设计过程。设计初期，最重要的就是识别出所有的输入信息。首先是服役环境，速度、温度、压力等参数；需要多少级、多大功率；负载分布情况，包括空气动力性能、离心力、合力作用、热效应。在此阶段，需要评估基于空气动力学设计的叶身机械结构，以满足性能要求。如果对各接口有一定理解，如导气叶片的进出气。
然后是设计过程。首先是选材，强度、重量；商用的叶片还要考虑成本。通过自由体模型计算来自机械结构、空气压力等的应力。开发与叶片配套的机械结构，如榫槽、叶盘，计算出整体的固有频率。此阶段聚焦于有限载荷的影响，因此需要下一步的优化过程。
优化阶段：略。
验证阶段需要对零部件先进行测试，然后进行台架测试、原型机验证等工作。目标是量化相关控制变量，比如材料、尺寸、热效应、振动等。千万不能忽略振动响应带来的影响！
载荷与应力
转子叶片有两个主要的载荷，一个来源于空气，另一个是离心力；后者要比前者大很多。为此，叶片设计师需要花很长时间进行设计。空气载荷会导致叶片产生弯曲应力以及力矩，并带来剪切力，并在叶根拘束度较大的位置、叶榫槽等产生纵向应力。
叶片旋转过程中就会产生离心力。这就是为什么旋转速度、半径在动叶设计的时候如此重要。大学物理就可以解答的问题，比如，功等于力矩乘以旋转速度，等等计算式。离心力导致的弯曲应力试图将非径向排布的叶片往径向靠近。此外，叶片旋转时不仅会弯曲，还会扭转。可以这样认为，旋转载荷在试图校形叶片，产生了弯曲力矩；当然，力矩也可以用于补偿一部分空气载荷。
以上这些载荷、分力以及它们的力矩等对叶片产生的影响，都会导致叶根处的应力重新分布。
未完待续。
